Протезный материал может помочь снизить риск заражения внутривенными катетерами
В праздничном фильме «Гринч» визажисты, как сообщается, тратили по несколько часов каждый день, накладывая на лицо Джима Керри протезы, чтобы создать культовое ворчливое существо с зеленым мехом. Такие сложные протезы, часто изготавливаемые из таких материалов, как силиконовая резина, теперь, возможно, нашли неожиданное, но полезное применение в биомедицинской инженерии, согласно новому исследованию Техасского университета A&M.
В журнале Scientific Reports опубликованы результаты исследований, в которых исследователи создали реалистичные, похожие на кожу реплики из Ecoflex, типа силиконовой резины, которая может потенциально служить платформой для оценки рисков бактериальных инфекций от внутривенных катетеров и тестирования носимых датчиков, среди других биомедицинских приложений . Исследование показало, что реплики кожи на основе EcoFlex могут быть спроектированы так, чтобы имитировать фактическую текстуру кожи, смачиваемость и эластичность, имитируя условия, в которых бактерии растут и прилипают.
«Мы считаем, что этот материал имеет огромные перспективы для изучения инфекций в месте введения, вызванных бактериями, которые естественным образом встречаются на коже», — сказал Маджед Отман Альтумайри, аспирант кафедры биомедицинской инженерии Техасского университета A&M и основной автор статьи.
«Наша цель состояла в том, чтобы создать материал, похожий на кожу, из ингредиентов, которые можно купить в магазине. Ecoflex не только прост в использовании, его можно быстро затвердеть с минимальным количеством дополнительных этапов, что делает его очень удобным».
На квадратный сантиметр кожи человека приходится около миллиона бактерий. Наиболее распространенным из них является стафилококк, в частности вид Staphylococcus epidermidis, который считается типичным жителем микробиома кожи. Инфекции часто возникают при порезах, разрывах или ранах на коже, что позволяет бактериям проникать в кровоток.
На самом деле, относительно распространенная инфекция в больницах возникает при хирургическом введении трубок или катетеров в вены. Каждый год только в отделениях интенсивной терапии происходит около 80 000 инфекций кровотока, связанных с катетером, что подчеркивает его значимость для общественного здравоохранения в Соединенных Штатах.
«Мы медленно находим решения для предотвращения инфекций от внутривенных катетеров», — сказал Альтумайри. «Причина может быть в том, что у нас нет хороших платформ для тестирования новых конструкций катетеров или носимых биосенсорных технологий и обучения персонала, чтобы можно было сократить количество инфекций».
Чтобы заполнить этот пробел, исследователи обратились к Ecoflex 00–35, быстро затвердевающей, биосовместимой резине, используемой для различных целей, включая протезирование для спецэффектов. Сначала они создали формы обычных мест внутривенного введения, таких как локти, руки и предплечья. Затем, заливая Ecoflex в формы, содержащие искусственные кости и трубки, действующие как вены, исследователи создали копии, похожие на кожу.
Затем исследователи проверили, соответствуют ли свойства реплик кожи Ecoflex свойствам настоящей кожи. Они измерили смачиваемость реплик, бактериальную адгезию и механические свойства, такие как эластичность и упругость. Исследователи обнаружили, что модели Ecoflex могут воспроизводить шероховатость человеческой кожи с погрешностью 7,5%. Кроме того, визуализация с высоким разрешением показала, что бактерии могут прилипать к реплике кожи и размножаться на ней.
Аспирант Маджед Отман Альтумайри демонстрирует слепок своей руки, сделанный с помощью Ecoflex. Автор: Эмили Освальд/Texas A&M Engineering
Затем в ключевом эксперименте исследователи смоделировали введение внутривенного катетера в созданную ими копию руки Ecoflex. Эта искусственная рука эффективно моделировала фазы роста бактерий, показывая, что эти копии могут быть использованы для внедрения мер по контролю инфекций и улучшения конструкции медицинских устройств, таких как катетеры.
Однако исследователи отметили, что их текущие эксперименты не в полной мере моделируют реальные условия.
«Разработка реалистичных моделей кожи, которые могут имитировать кожу человека, является важным начальным шагом», — сказала доктор Хатидже Джейлан Койдемир, автор-корреспондент исследования и доцент кафедры биомедицинской инженерии, исследовательская программа которой реализуется в Центре технологий и систем дистанционного здравоохранения Техасского университета A&M.
«Но мы считаем, что включение дополнительных элементов, таких как биологические жидкости и другие клинически значимые ситуации, в будущие эксперименты подтвердит наши выводы и еще больше подтвердит потенциал Ecoflex для медицинского применения».
В исследовании также принял участие аспирант кафедры биомедицинской инженерии Азра Япрак Тарман.