Ученые 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 биопленок и способны разрушать уже сформированные биопленки.
Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (№24-23-00471 ). Результаты работы ученых 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 биопленок 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) ученые 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 биопленки. Также ученые 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 биопленок и способны разрушать уже сформированные биопленки 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.Ученые 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 биопленок 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 закрепленных бактерий и сформированных биопленок», — говорит ученый.
Над исследованием работают ученые лаборатории плазменных гибридных систем Научно-образовательного центра Б.П. Вейнберга и Научно-образовательного центра Н.М. Кижнера ТПУ.
