Исследователи из Инженерного колледжа штата Пенсильвания, Колледжа сельскохозяйственных наук и Медицинского колледжа говорят, что прямая обработка LTP и среды, активируемые плазмой, являются эффективными методами лечения против бактерий, обнаруженных в жидких культурах. Исследователи также говорят, что они изобрели уникальный способ создания плазмы непосредственно в жидкостях.
Команда, состоящая из инженеров, физиков, ученых-ветеринаров и биомедиков, а также медицинских специалистов, использует плазменную струю атмосферного давления для использования «холодной» плазмы комнатной температуры для лечения бактерий.
Плазма, четвертое состояние вещества, обычно очень горячая – от тысяч до миллионов градусов.
Используя плазму, генерируемую при атмосферном давлении или в жидкостях, исследователи могут создавать молекулы и атомы с антибактериальным действием, ничего не сжигая. Шон Кнехт, доцент кафедры инженерного проектирования в Пенсильванском университете и руководитель междисциплинарной лаборатории комплексных исследований и разработки плазмы, сказал, что этот процесс создает множество различных типов реактивных частиц, что повышает вероятность бактериальных мутаций для одновременной борьбы со всеми частицами. почти не существует.
Кнехт объяснил, что результаты исследования команды, опубликованные в Scientific Reports, показывают, что плазменная технология генерирует большое количество активных форм кислорода или реактивных частиц, созданных из молекул, содержащих атомы кислорода, включая молекулы кислорода в воздухе и водяном паре.
Влияние плазмы на различные бактерии, такие как E. coli и стафилококк. aureus имеет большое значение, приводя к гибели многих бактерий в течение нескольких поколений.
«В течение четырех поколений бактерий эти бактерии не приобретают какой-либо формы устойчивости к обработке плазмой», – сказал он.
Гириш Кириманджешвара, доцент ветеринарных и биомедицинских наук в Пенсильванском университете, сказал, что это чрезвычайно важно из-за типичного способа мутации бактерий, что делает их устойчивыми к антибиотикам.
Антибиотики нацелены на определенный метаболический путь, незаменимый белок или нуклеиновые кислоты у бактерий.
Из-за этого антибиотики должны проникнуть в бактериальную клетку, чтобы найти эту конкретную цель и связаться с ней. Любая бактериальная мутация, которая снижает способность антибиотика проникать или увеличивает скорость его выхода, делает антибиотик менее эффективным. Мутации происходят естественным образом с низкой скоростью, но могут быстро накапливаться под давлением отбора при введении антибиотиков, направленных на борьбу с бактериями.
По словам Кириманджешвары, результаты исследования группы показывают, что обработка плазмой производит различные активные формы кислорода в концентрации, достаточно высокой, чтобы убить бактерии, но достаточно низкой, чтобы не оказывать отрицательного воздействия на клетки человека.
Он объяснил, что формы кислорода быстро поражают практически все части бактерий, включая белки, липиды и нуклеиновые кислоты.
"Это можно назвать кувалдой", – сказал Кириманджешвара. "Трудно развить устойчивость к какой-либо одной мутации или даже к группе мутаций."
Команда также применила эти открытия для разработки системы, которая может создавать плазму непосредственно в жидкостях. Исследователи намерены создать плазму крови для лечения сердечно-сосудистых инфекций непосредственно у источника.
Для этого обычно используются высокое электрическое напряжение и большие электрические токи. В плазменной системе, созданной исследователями, электрический ток и энергия, которые могут достигать пациента, сведены к минимуму за счет использования диэлектрических или электроизоляционных материалов. Материалы, которые команда обычно использует для создания плазмы, включают стекло и керамику из-за их способности выдерживать высокие местные температуры. Эти материалы имеют тенденцию к образованию тромбов и могут быть не очень гибкими, что необходимо, если они будут использоваться в сердечно-сосудистой системе.
Команда исследует изолирующие покрытия, которые являются биосовместимыми или приемлемыми для человеческого тела, а также гибкими. Кнехт сказал, что команда определила полимер под названием Parylene-C и сообщила о первоначальных результатах в журнале IEEE Transactions on Radiation and Plasma Medical Sciences. Команда продолжает этот путь, поскольку полимеры имеют низкие температуры плавления и могут не выдерживать многократного воздействия плазмы.
«Биосовместимые полимеры могут использоваться для генерации плазмы в биологических жидкостях, но их срок службы ограничен», – сказал Кнехт. «Необходимо разработать новые уникальные конструкции генерации плазмы для создания плазменных разрядов меньшей интенсивности, которые могут продлить срок их службы. Это то, над чем мы продолжаем работать."
Кириманджешвара сказал, что ученые обычно работают, чтобы понять, как различные бактерии вызывают заболевания или как иммунные реакции хозяина уничтожают бактерии, чтобы создать новые антибиотики и вакцины.
Хотя эти более традиционные подходы важны, они часто бывают постепенными и требуют много времени. Новаторские исследования команды подчеркивают важность продолжения исследования новых способов борьбы с бактериями.
«Трансформационные и междисциплинарные подходы могут ускорить поиск решений неотложных глобальных проблем», – сказал он. "Для широкой общественности важно осознавать и ценить тот факт, что научное сообщество использует несколько подходов, некоторые из которых традиционные, а другие нетрадиционные, для борьбы с растущей проблемой устойчивости к антибиотикам. Мы надеемся, что наше исследование укрепит идею применения неантибиотических подходов к лечению бактериальных инфекций в будущем."