Новости

4 августа, 2023 14:55

Чистое с золотом: «нанофонарики» найдут микробы на медицинских инструментах

Источник: Известия
Биологи предложили находить микробные загрязнения на медоборудовании с помощью светящихся золотых «нанофонариков». Так исследователи назвали структуры, в которые входят ультрамалые частицы благородного металла. Подход обеспечивает в 10 раз большую чувствительность, чем стандартный метод диагностики. Он поможет предотвратить развитие внутрибольничных инфекций. Эксперты отмечают универсальность метода и то, что синтез препарата для проведения тестов можно осуществить в простых лабораторных условиях.
Источник: РИА Новости/Рамиль Ситдиков

Нанофонарики

Ученые из саратовского Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов разработали новый эффективный способ для обнаружения микробных загрязнений медицинского оборудования. Для этого они используют ультрамалые частицы золота. Их размер составляет всего 1–2 нанометра. В таком виде благородный металл приобретает новые свойства: он светится. Этот эффект специалисты применили, чтобы «подсветить» биопленки — колонии микробных организмов.

— Для проведения тестов мы создали структуры, в которые входят наночастицы золота. Полученная на их основе «флуоресцентная краска» способна взаимодействовать с биопленкой и сохранять при этом светящиеся свойства, — рассказал «Известиям» один из основных исполнителей проекта младший научный сотрудник лаборатории нанобиотехнологии ИБФРМ РАН Даниил Чумаков.

В биопленке объединено порядка 95% всех бактерий. Например, это может быть налет, который остается на стенках сосудов, если в них долго была вода. Или плотные бактериальные маты (сообщества микроорганизмов) в пещерах. У человека микробные биопленки образуются на поверхности кожи, в ротовой полости, на стенках желудка и во многих других частях организма.


Внешний вид флуоресцентных золотых нанокластеров (слева) и окрашенные данными нанокластерами биопленки на внутренней поверхности урологического катетера (справа). Источник: Стелла Евстигнеева

— Особую опасность представляют колонии патогенных бактерий. Например, они могут покрывать поверхности медицинского оборудования. Часто такие образования невозможно увидеть без специального оборудования. В нашем тесте частицы золота связываются с биопленками, в буквальном смысле высвечивая их, — пояснила руководитель проекта младший научный сотрудник ИБФРМ РАН Стелла Евстигнеева.

То есть золотые частицы выступают в качестве своеобразных «нанофонариков», которые позволяют обнаружить болезнетворные колонии.

Замки для микробов

Специалист пояснила, что главная задача предложенного метода — вовремя обнаружить микробное сообщество на медицинских изделиях и предотвратить их распространение. Это поможет оградить пациентов лечебных учреждений от заражения опасными инфекциями и защитит дорогостоящее медоборудование от преждевременной порчи. Вместе с тем ученые отметили универсальность этого способа.


Микроскопические изображения бактериальных биопленок после окрашивания флуоресцентными золотыми нанокластерами. Источник: Стелла Евстигнеева

— Биопленки чаще образуют мультимикробные системы. Поэтому важно, что частицы золота связываются не с бактериями, а с матриксом — веществом, которое они выделяют и которое связывает их друг с другом, — рассказала руководитель испытательного лабораторного центра, заведующая отделом подготовки кадров высшей квалификации Научно-исследовательского института эпидемиологии и микробиологии имени Пастера Анна Афиногенова.

Эксперт пояснила, что матрикс — это основа для биопленки, которая становится для микробов своеобразным домом-крепостью. Она защищает бактерии от внешней агрессии. Например, от дезинфицирующих средств.

— Микробные биопленки могут становиться причиной внутрибольничных инфекций — например, госпитальной пневмонии, заражения кровотока, мочевыводящих путей и многих других болезней. Они плохо поддаются лечению, так как у пациентов снижен иммунитет в результате основного заболевания, — пояснила Анна Афиногенова.

Простой синтез

В ходе исследований саратовские ученые разработали систему признаков, которая соотносит, каким образом светящиеся частицы взаимодействуют с биопленками, сформированными разными видами микробов. Это позволило применить тест на основе золотых наночастиц для распознавания бактерий. По словам специалистов, чувствительность метода в 10 раз выше, чем при стандартном способе идентификации биопленок.

Ученые рассчитывают, что новый способ будет востребован в различных медицинских учреждениях. Они отметили, что использование наночастиц золота требует минимального расхода этого металла.


Моделирование связывания золотых нанокластеров с мишенями в матриксе бактериальных биопленок (с белками слева, с липополисахаридами справа). Источник: Стелла Евстигнеева

— Нанокластеры золота легко получать в лаборатории. Их синтез не требует сверхусилий и занимает несколько дней. В зависимости от количества реактива можно получить требуемый объем «краски». В виде концентрата можно поставлять в лечебные учреждения, — рассказала Стелла Евстигнеева.

Она отметила, что разработанный тест применим для обнаружения биопленок на самых разных поверхностях, в том числе на покровных стеклах, поверхностях пробирок, различных катетерах.

В дальнейшем специалисты рассчитывают создать наноструктуры, которые позволят одновременно распознавать колонии патогенных микроорганизмов и эффективно разрушать их.

— Биопленки в тысячи раз повышают устойчивость патогенов к антибиотикам. Поэтому стерилизация медоборудования — это важное мероприятие для положительной динамики здоровья пациентов после операции. Визуализация биопленок облегчит их контроль и повысит качество современного здравоохранения, — пояснила научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» Университета науки и технологий МИСИС Елизавета Пермякова.

Она отметила, что недостаточная дезинфекция приборов и инструментов провоцирует до 80% осложнений после операций.

В настоящее время исследование саратовских ученых поддержано грантом Российского научного фонда. Результаты работы специалистов опубликованы в одном из авторитетных рецензируемых научных журналов, который специализируется в области прикладной аналитической химии.

Если вы хотите стать героем публикации и рассказать о своем исследовании, заполните форму на сайте РНФ.

21 февраля, 2024
Биологи открыли более ста полезных для фармацевтики веществ в японском цветке
Российские биологи исследовали химический состав садового многолетника анемонопсис крупнолистный (...
13 февраля, 2024
Ученые нашли нашли способ активировать один из важнейших белков в клетках человека
Ученые Института цитологии (ИНЦ) РАН в Санкт-Петербурге нашли способ искусственной активации функций...