Учёные ТПУ синтезировали антибактериальный гель для предотвращения инфекций после операций

Учёные Томского политехнического университета синтезировали новые антибактериальные эвтектогели на основе глубоких эвтектических растворителей (DES). Предварительные исследования показали, что они эффективно подавляют рост бактерий, предотвращают образование бактериальных биоплёнок и способны разрушать уже сформированные биоплёнки.

Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№ 24-23-00471). Результаты работы учёных опубликованы в журнале Materials Letters (Q2, IF: 2,7).

Исследование направлено на решение глобальной проблемы борьбы с бактериальными инфекциями при хирургическом лечении различных заболеваний.

«Антибактериальные эвтектогели могут использоваться как самостоятельные материалы в качестве тканеинженерных скаффолдов, гелевых филлеров и дренирующих сорбентов для ран, а также в виде контролируемо растворимых антибактериальных покрытий для имплантируемых медицинских изделий. Такие покрытия предотвращают образование бактериальных биоплёнок на поверхности имплантатов и снижают риск развития инфекций в области имплантации в ранний послеоперационный период. Этот подход к подавлению бактериальных инфекций потенциально может сократить или вовсе исключить необходимость в послеоперационной системной антибактериальной терапии с использованием антибиотиков, а также предотвратить развитие таких опасных хронических инфекционных заболеваний, как остеомиелит», — отмечает руководитель проекта, младший научный сотрудник лаборатории плазменных гибридных систем ТПУ Глеб Дубиненко.

Для синтеза глубоких эвтектических растворителей (DES) учёные использовали молочную, гликолевую и винную кислоты. Они выполняют функцию доноров водородных связей, способствуя формированию DES в сочетании с аммониевыми солями. Политехники проанализировали химическую структуру, термические и реологические свойства синтезированных DES. Результаты показали, что они действительно образуют стабильную эвтектическую смесь.

Далее политехники исследовали функциональные и биологические свойства материала, например, способность подавлять рост бактерий и разрушать бактериальные биоплёнки. Также учёные ТПУ оценивали цитотоксичность разработанных DES на клетках соединительной ткани – фибробластах.

«Предварительные исследования показали, что DES на основе оксикарбоновых кислот эффективно подавляют рост бактерий, предотвращают образование бактериальных биоплёнок и способны разрушать уже сформированные биоплёнки и обладают меньшей цитотоксичностью в сравнении с чистыми кислотами», — добавляет Глеб Дубиненко.

На основе разработанных DES и с помощью водорастворимых полимеров, таких как поливиниловый спирт и поливинилпирролидон, политехники синтезировали гель. Комбинации этих полимеров в различных соотношениях позволяют получить эвтектогели с контролируемой растворимостью и степенью набухания, что важно для регулирования длительности проявления материалом антибактериальной активности и скорости его растворения в организме.

Учёные ТПУ также провели анализ физико-химических и биологических свойств эвтектогеля, включая набухание, растворение и высвобождение компонентов, и его поведения в буферных растворах, имитирующих жидкости организма человека.

«В дальнейшем мы планируем провести серию экспериментов по предотвращению образования бактериальных биоплёнок на поверхности модельных имплантатов – пористых скаффолдов – на основе поликапролактона и гидроксиапатита. Их планируется изготовить с помощью 3D-печати. Задача этого этапа работы – подтвердить отсутствие на поверхности имплантата закреплённых бактерий и сформированных биоплёнок», — говорит учёный.