トロント大学は、曲げ埋め込み型医療機器が細菌の増殖につながる可能性があることを示しています

トロント大学応用科学工学部の研究者らによる研究では、医療用移植可能な材料の機械的変形（曲げやねじりなど）が、潜在的に有害なバイオフィルムの形成に大きな影響を与える可能性があることが示されています。この研究は論文で説明されています。 Scientific Reports に掲載された論文では、シリコーンとしても知られるポリジメチルシロキサン (PDMS) などのエラストマー材料がわずかに曲がっただけでも、細菌が定着するのに最適な環境である微細な亀裂が生じることが示されています。」 、カテーテルから気管チューブ、人工乳房インプラントに至るまで、」と同学部材料科学工学部の准教授であり、新しい研究の主任著者であるベン・ハットン氏は言う。「これらの材料上での微生物バイオフィルムの形成は一般的ですが、私たちはシリコーンやその他のゴム材料を曲げることで、これらの亀裂が可逆的に開いたり閉じたりする程度と、それらがバイオフィルムの形成にどれほど大きな違いをもたらすかに驚きました。」バイオフィルムは、表面で成長する生物の複雑なコミュニティです。 個々の微生物細胞は抗生物質と身体の自然な防御システムの両方に影響されやすい一方で、バイオフィルム環境がこれらの介入から微生物細胞を守る可能性があり、持続的な感染症につながる可能性があります。医療機器のバイオフィルムに関連した感染症は、手術後に発生する場合があり、重篤になる可能性があります。健康上のリスク - 入院期間の延長や、退院した患者の再入院の原因となる。ハットン氏と彼のチームは、そのような感染症につながる可能性のあるバイオフィルムの形成を防ぐための新しい材料、コーティング、その他のアプローチを開発している世界中の多くのグループの1つである。 「しかし、彼らの最新の研究では、彼らはより根本的なことを研究することを選択しました。そもそも、これらの定着微生物はどのようにして足がかりを獲得するのでしょうか？」「これは、部分的には、私たちのグループで採用している学際的なアプローチから来ています」とハットン氏「私たちは微生物学と材料科学を組み合わせていますが、機械的応力、ひずみ、変形について話しているので、機械工学も組み合わせています。 この曲げ効果は、これまで注目されていなかったものです。」チームは、尿道カテーテルに使用される商用グレードの医療チューブだけでなく、自社で合成したものも含め、さまざまなシリコーンのサンプルをテストしました。その後、これらのサンプルに機械的な力を加えて表面を作成しました彼らの実験は、微小亀裂が非常に簡単に形成される可能性があることを示しました。「私たちがやったことの 1 つは、普通の実験用ティッシュで何度も微小亀裂を拭いただけです」と生物医工学研究所の博士課程候補者であるデズモンド ファン デン バーグ氏は言います。この論文の筆頭著者は、ハットン研究所の研究員仲間であるダラル・アスカー氏とタレク・アワド氏の共著です。「この拭き取りだけでも、表面に損傷を与えるには十分でした。 目で見るとまだ問題ないように見えますが、顕微鏡で見ると、細菌が入り込む可能性のあるサイズの微小な亀裂がすでに確認できました。 細菌の大きさはわずか数マイクロメートルなので、それほど時間はかかりません。」他のサンプルは、規則的な間隔で一連の微小亀裂を作成するために、粗い隆起パターンでプレスされました。その後、すべてのサンプルは細菌培養プレートに配置され、播種されました。 「緑膿菌は、この種の研究でモデル生物としてよく使用されるバイオフィルム形成細菌です。増殖後、サンプルを蛍光色素で処理すると、付着した細菌が光学顕微鏡で緑色に光るようになりました。」私たちが見たのは、バクテリアがこれらの微細な亀裂に付着することを非常に好んだことは明らかです」とヴァン・デン・バーグ氏は言う。 これらの細胞はどこで増殖するかについて完全な選択を持っていますが、これらすべての微小亀裂が開いている側を明らかに好みます。」 細菌が比較的含まれていない唯一のサンプルは、チーム自身の研究室で合成されたものであり、したがってそのまま残されていました。ヴァン・デン・バーグ氏は、「まったくダメージを与えていない市販品でさえ、パッケージから取り出した時点ですでに微小亀裂が入っていた」と述べています。「これらは製造プロセスを通じて導入されたものではないかと疑っています」 「これは、プラスチックが押出成形や射出成形によってチューブやその他の形状に形成される方法から生じる。」ハットン氏は、この研究は、微生物の付着を促進する表面特徴を導入することがいかに簡単であるかを強調していると述べています。チューブや補綴インプラントなどのシリコーン製デバイスが使用中に曲がる状況に注意し、張力がかかっている側に特に注意を払ってください。そこから感染が始まる可能性があるからです。」 「曲げることを目的としたゴム製のチューブです。そうでなければ、そもそもなぜゴムで作るのでしょうか?」とハットン氏は言う。「しかし、おそらく、これらの表面の亀裂を制御または隠す方法について、曲げることがないようにする方法についてもっと学ぶことができるでしょう。問題。 それが私たちが現在取り組んでいることです - 表面の損傷を減らす方法、またはそのような亀裂の形成を減らすためにシリコーン表面を改質する方法を研究しています。」 この研究は、カナダイノベーション財団、カナダ大学のパーシー・エドワード・ハート教授の資金提供を受けました。トロント、New Frontiers in Research Fund、およびConnaught Foundation。