8 січня, 2024
Новий дизайн катетера допомагає запобігти бактеріальним інфекціям
Однією із причин найпоширеніших інфекцій у медичних закладах є бактерії, які потрапляють в організм через сечові катетери. Хоча вони призначені для виведення рідини з пацієнта, бактерії здатні просуватися вгору за течією та проникати в тіло через трубки катетера за допомогою унікального плавального руху. Це спричиняє збитків приблизно на 300 мільйонів доларів бюджету США щорічно. Тепер міждисциплінарний проєкт Каліфорнійського технологічного інституту розробив новий тип катетерної трубки, яка перешкоджає просуванню бактерій угору, не потребуючи антибіотиків чи інших протимікробних методів. Завдяки новому дизайну, який був оптимізований новою технологією штучного інтелекту, кількість бактерій, здатних плисти вгору за течією в лабораторних експериментах, зменшилася у 100 разів.
У трубках катетера рідина демонструє так званий потік Пуазейля – ефект, коли рух рідини відбувається швидше в центрі, але повільно біля стінки, подібно до потоку в річковій течії, де швидкість води змінюється від стрімкої у центрі до тихої біля берегів. Бактерії як саморушні організми виявляють унікальний рух, що забезпечує їхнє просування вперед у трубчастих структурах. Тому команда інженерів і лікарів розробила трубки з трикутними виступами, схожими на акулячі плавники, уздовж стінок. Моделювання дало важливі результати: ці геометричні структури ефективно перенаправляли рух бактерій, просуваючи їх до центру трубки, де швидший потік штовхав їх назад за течією. Плавцеподібна кривизна трикутників також створювала вихори, які ще більше перешкоджали руху бактерій.
Штучний інтелект допоміг створити найбільш ефективний дизайн трубок, тому фізики негайно перейшли до практичних експериментів. Вони використовували надруковані на 3D-принтері катетери та високошвидкісні камери для моніторингу руху бактерій. Трубки із трикутними включеннями призвели до зменшення руху бактерій вгору на два порядки (зниження у 100 разів). Спостережувані траєкторії руху E. Сoli в такому середовищі майже ідеально узгоджувалися з модельованими прогнозами.
Джерело: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj1741