Борьба с опасными для жизни бактериальными инфекциями, уменьшение количества слизи, засоряющей сосуды, предотвращение образования налета на зубах — все это однажды может стать еще доступнее благодаря новой технологии, разрабатываемой исследователями Университета штата Монтана.
Когда бактерии и другие микробы прилипают к поверхностям и образуют слизистые покрытия, называемые биопленками, они образуют сложные системы, часто устойчивые к традиционным дезинфицирующим средствам. Сейчас ученые разрабатывают инструмент для воспроизведения микробной «мозаики», позволяющей изучать инновационные методы лечения.
За последние два года ученые разработали и протестировали устройство для 3D-печати, которое может точно выложить сетку из отдельных бактерий в гидрогеле — прозрачном, похожем на желе веществе. Используя достижения в области 3D-печати, исследователи могут составить карту микробов в каплях жидкой гидрогелевой смолы, а затем использовать лазерный свет для затвердевания материала, создавая рудиментарную биопленку. Таким образом, они могут расположить в пространстве и инкапсулировать клетки именно там, где нужно.
До сих пор исследователи использовали только один вид бактерий, но, используя 3D-принтер для выполнения нескольких проходов с разными видами или штаммами бактерий, у них появилась возможность создавать более сложные и многослойные биопленки, встречающиеся в природе. Добавляя к бактериям флуоресцентный краситель, ученые могут легко увидеть микробы с помощью специализированных микроскопов, что позволяет им изучать взаимодействия, происходящие между клетками. «Даже самые простые биопленочные системы сложны», — заявляют исследователи. «Это похоже на лес, в котором много разнообразия. Нам нужны новые инструменты, чтобы увидеть, как это разнообразие развивается и поддерживается».
Известно, что динамическая среда внутри биопленки может способствовать устойчивости микробов к традиционным методам лечения. Например, бактерии, которые обычно вызывают опасные раневые инфекции, устойчивы к антибиотикам, потому что клетки на нижнем уровне биопленки отрезаны от кислорода и других соединений, что приводит к их бездействию и, таким образом, изменению их биологии достаточно, чтобы лекарство оказалось неэффективным.
Одна вещь, которая становится все более ясной, заключается в том, что есть потенциал для лечения этих патогенных бактерий путем изменения окружающей среды биопленки вместо того, чтобы пытаться использовать агрессивные химические продукты. Например, лечение может включать введение безвредных бактерий, которые конкурируют с вредными микробами и разрушают защитную биопленку. Разработка этих методов лечения потребует большого количества испытаний в контролируемой лабораторной среде, и именно здесь появляется новый инструмент 3D-печати.