توسعه پوشش ضد میکروبی مبتنی‌‌‌ بر پلیمر در محافظت موثر از کاتتر ادراری

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

این پژوهش توسعه پوشش کاتتر مبتنی‌‌‌بر پلیمر را برای تسهیل آزاد‌سازی کنترل‌‌‌شده پپتیدهای ضد میکروبی(AMP) برای هدف قراردادن باکتری‌‌‌های پلانکتونیک و بیوفیلم در محیط کاتتر ادراری گزارش می‌‌‌نماید. عفونت دستگاه ادراری مرتبط با کاتتر(CAUTI)  نوعی عفونت بیمارستانی شایع در بین بیماران بستری در بیمارستان است و مخزن اصلی پاتوژن‌‌‌های مقاوم به ضد میکروبی می‌‌‌باشد. اگرچه کاتترهای پوشش داده شده با نقره یا آنتی‌‌‌بیوتیک برای به حداقل رساندن CAUTI به کار گرفته می‌‌‌شوند، ناسازگاری و عدم دوام در خواص ضد باکتریایی این پوشش‌‌‌ها استفاده بالینی آن‌‌ها را محدود نموده است. ادغام AMPها در پوشش‌‌های کاتتر به دلیل اثرات موثر کشتن باکتری AMPها، با گزارش‌‌های کمی در مورد ایجاد مقاومت باکتریایی در برابر پپتیدها، مورد توجه قرار می‌‌گیرند. هدف این پژوهش استفاده از روشی نوآورانه و مقرون‌‌به‌‌صرفه برای پوشش‌‌دادن نوعی پوشش پلیمری بدون ‌‌آب آغشته به AMP برای کاتترهای مبتنی‌‌بر سیلیکون، به منظور غلبه‌‌بر محدودیت‌‌های پوشش‌‌های مبتنی‌‌بر هیدروژل معمولی است. آزادسازی پایدار پپتید با توسعه اتیل سلولز (EC) لایه انتشاری مبتنی‌‌بر 1-پالمیتول-2-اولئویل‌‌فسفاتیدیل‌‌کولین (POPC) روی لایه‌‌‌ی مبتنی‌‌بر پلی‌‌کاپرولاکتون (PCL) مملو از AMP برای کنترل انتشار AMP در محیط به دست می‌‌آید. پوشش "AMP-ECPCL" عملکرد ضد باکتریایی خوبی را در برابر اشریشیاکلی، استافیلوکوکوس اورئوس و سودوموناس آئروژینوزا اوروپاتوژن تا مدت زمان 6 روز نشان می‌‌دهد. این پوشش همچنین قابلیت ضد بیوفیلم عالی در برابر پروتئین فلورسنت سبز (GFP‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌) با برچسب UTI E. coli را نشان می‎‌‌دهد. بخش‌‌های کاتتر پانزده سانتی‌‌متری کاتترهای پوشش‌‌داده‌‌شده با AMP-ECPCL، سینتیک آزادسازی AMP پایدار را تا 7 روز نشان می‌‌‌دهند، که در آن فعالیت ضد باکتریایی و آنتی‌‌بیوفیلم خوبی علیه E.coli مشاهده می‌‌شود. کاتتر پوشش داده شده در مقیاس کامل "AMP-EC-PCL" یکپارچگی مکانیکی بهبودیافته‌‌ای را در مقایسه با کاتترهای سیلیکونی تجاری با حفظ یکپارچگی بالون کاتتر پس از انبساط نشان می‌‌دهد. مطالعات ترمیم زخم نمونه‌‌های PDMS پوشش‌‌داده‌‌شده در مدل‌‌های موش، کاهش غلظت باکتری‌‌ها را در مقایسه با PDMS بدون پوشش نشان می‌‌دهد، که بیانگر پتانسیل اثربخشی in vivo پلتفرم پوشش کاتتر توسعه‌‌یافته است.

نتیجه‌‌گیری

این پژوهش با موفقیت فرمول پوشش ضد میکروبی را برای دستیابی به سینتیک آزادسازی AMP مطلوب به منظور ارائه عملکرد ضد میکروبی برتر در کاتترهای ادراری سیلیکونی در مقایسه با کنترل‌‌های بدون پوشش ایجاد و بهینه می‌‌نماید. دو روش پوشش، توسعه داده می‌‌شود؛(i)  پوشش غوطه‌‌وری و(ii)  پوشش سرنگ، برای آغشته‌‌نمودن AMPها به لایه پوشش PCL، که توسط لایه انتشار مبتنی‌‌بر EC پشتیبانی می‌‌شود تا آزادسازی کنترل‌شده AMPها را فعال نماید. پوشش"AMP-EC-PCL"  با موفقیت بر روی نمونه‌‌های کاتتر سیلیکونی 15 سانتی‌‌متری با استفاده از هر دو روش سرنگ و پوشش غوطه‌‌وری اعمال می‌‌شود، که در آن آزادسازی کنترل‌‌شده AMPها از پوشش توسعه‌‌یافته"AMP-EC-PCL"  عملکرد خوبی را در برابر باکتری‌‌های E. coli، S. aureus و P. aeruginosa در غلظت 10² CFU/mL را بر روی کاتترهای پوشش داده شده تا 6 روز فراهم می‌‌نماید. عملکرد ضد بیوفیلم کاتترهای پوشش داده شده با  "AMP-EC-PCL" بیشتر با سویه UTI E. coli فلورسنت یکپارچه کروموزومی مورد آزمایش قرار می‌‌گیرد تا اثربخشی آن در برابر سویه E.coli UTI مرتبط بالینی مورد بررسی قرار گیرد. پوشش"AMP-EC-PCL"  هیچگونه رشد بیوفیلمی را در طول 7 روز پشتیبانی نمی‌‌نماید و خواص ضد بیوفیلم عالی را نشان می‌‌دهد. پوشش "AMP-EC-PCL" استحکام کاتتر را افزایش می‌‌دهد، اما خاصیت ارتجاعی و یکپارچگی بالون کاتتر را هنگامی که پوشش از طریق پوشش سرنگ انجام می‌‌شود، به خطر نمی‌‌اندازد. پوشش "AMP-EC-PCL" همچنین بر اساس مطالعات in vivo در مدل زخم برش موش، کارایی in vivo را به خوبی نشان می‌‌دهد. به طور کلی، نتایج این پژوهش به وضوح اثربخشی پوشش "AMP-EC-PCL" روی کاتترهای سیلیکونی را در کاهش سرعت عفونت باکتریایی تایید می‌‌نماید، به طور بالقوه نتایج بالینی را بهبود می‌‌بخشد و راه را برای مطالعات ساخت‌‌پذیری این پلتفرم هموار می‌‌نماید.

کارهای آینده شامل توسعه پروتکل تولید تجاری برای بررسی آزمایشی این کاتتر و همچنین آزمایش ایمنی و کارایی آن در داخل بدن در مدل‌‌های CAUTI و حیوانات بزرگ، برای تسهیل انتقال فناوری به محصول تجاری قابل دوام است.

دانلود فایل: توسعه پوشش ضد میکروبی مبتنی‌‌‌بر پلیمر برای محافظت موثر از کاتتر ادراری

Reference

Le Low, J., Kao, P. H. N., Tambyah, P. A., Koh, G. L. E., Ling, H., Kline, K. A., ... & Leong, S. S. J. (2021). Development of a polymer-based antimicrobial coating for efficacious urinary catheter protection. Biotechnology Notes, 2, 1-10.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.biotno.2020.12.001

ترجمه و ویرایش: جواد برزوئی