کاهش عفونت‌های کاتتر با مواد جدید پزشکی!

کاربردهای جدید پروتزهای سیلیکونی در مهندسی پزشکی

در فیلم تعطیلاتی “گرینچ”، گزارش شده است که هنرمندان آرایشگر روزانه ساعت‌ها وقت صرف می‌کردند تا صورت جیم کری را با پروتزهایی پوشش دهند و موجود سبز و بدخلق معروف را خلق کنند. اکنون، به گفته یک مطالعه جدید از دانشگاه تگزاس A&M، این پروتزهای پیچیده که معمولاً با استفاده از موادی مانند سیلیکون ساخته می‌شوند، ممکن است کاربردی غیرمنتظره اما مفید در مهندسی پزشکی پیدا کرده باشند.

این مطالعه که در نشریه Scientific Reports منتشر شده، محققان توانسته‌اند نسخه‌های واقع‌گرایانه‌ای از پوست را با استفاده از Ecoflex، نوعی سیلیکون، بسازند. این ماده می‌تواند به عنوان پلتفرمی برای ارزیابی خطرات عفونت‌های باکتریایی ناشی از کاتترهای وریدی و آزمایش حسگرهای پوشیدنی و سایر کاربردهای پزشکی مورد استفاده قرار گیرد. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که نسخه‌های پوستی مبتنی بر Ecoflex می‌توانند به گونه‌ای طراحی شوند که بافت، قابلیت مرطوب شدن و کشسانی پوست واقعی را شبیه‌سازی کنند و شرایطی را که باکتری‌ها در آن رشد و چسبندگی دارند، شبیه‌سازی نمایند.

مجید عثمان الثرمری، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در دپارتمان مهندسی پزشکی دانشگاه تگزاس A&M و نویسنده اصلی این مقاله، گفت: “ما معتقدیم که این ماده پتانسیل فوق‌العاده‌ای برای مطالعه عفونت‌ها در محل ورود به بدن به دلیل باکتری‌های طبیعی موجود بر روی پوست دارد.” او افزود: “هدف ما ایجاد ماده‌ای شبیه پوست با موادی بود که به راحتی قابل خریداری باشند. Ecoflex نه تنها استفاده از آن آسان است، بلکه می‌توان آن را به سرعت با حداقل مراحل اضافی درمان کرد که این موضوع بسیار راحت است.”

به طور متوسط، در هر سانتی‌متر مربع از پوست انسان حدود یک میلیون باکتری وجود دارد. شایع‌ترین آن‌ها استافیلوکوکوس است، به ویژه گونه استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس که به عنوان ساکن معمول میکروبیوم پوست شناخته می‌شود. عفونت‌ها معمولاً زمانی رخ می‌دهند که بر روی پوست بریدگی، شکستگی یا زخم وجود داشته باشد که به باکتری‌ها اجازه می‌دهد وارد جریان خون شوند. در واقع، یک عفونت نسبتاً شایع در بیمارستان‌ها ناشی از قرار دادن جراحی لوله‌ها یا کاتترها در رگ‌ها است. هر سال، حدود 80,000 عفونت مرتبط با کاتتر در واحدهای مراقبت ویژه در ایالات متحده رخ می‌دهد که اهمیت بهداشت عمومی این موضوع را نشان می‌دهد.

الثرمری گفت: “ما در یافتن راه‌حل‌هایی برای پیشگیری از عفونت‌های ناشی از کاتترهای وریدی کند بوده‌ایم. یکی از دلایل ممکن است این باشد که ما پلتفرم‌های مناسبی برای آزمایش طراحی‌های جدید کاتتر یا فناوری‌های حسگر زیستی پوشیدنی نداریم و همچنین برای آموزش کارکنان به منظور کاهش تعداد عفونت‌ها نیاز داریم.”

تحقیقات جدید در زمینه مدل‌سازی پوست مصنوعی با استفاده از Ecoflex

برای پر کردن این خلأ، محققان به Ecoflex 00-35 روی آوردند. این ماده، یک لاستیک زیست‌سازگار و سریع‌گیر است که در کاربردهای مختلفی از جمله پروتزها برای جلوه‌های ویژه استفاده می‌شود. در ابتدا، آن‌ها قالب‌هایی از نقاط رایج ورود وریدی، مانند آرنج‌ها، دست‌ها و ساعدها ایجاد کردند. سپس با ریختن Ecoflex در قالب‌هایی که شامل استخوان‌های مصنوعی و لوله‌هایی به عنوان رگ‌ها بودند، مدل‌هایی شبیه به پوست تولید کردند.

در مرحله بعد، محققان آزمایش کردند که آیا مدل‌های پوست Ecoflex ویژگی‌هایی مشابه پوست واقعی دارند یا خیر. آن‌ها قابلیت مرطوب‌پذیری، چسبندگی باکتری‌ها و خواص مکانیکی مانند الاستیسیته و مقاومت را اندازه‌گیری کردند. نتایج نشان داد که مدل‌های Ecoflex می‌توانند زبری پوست انسان را با حاشیه خطای ۷.۵٪ شبیه‌سازی کنند. همچنین، تصاویر با وضوح بالا نشان داد که باکتری‌ها می‌توانند به مدل پوست بچسبند و روی آن رشد کنند.

در یک آزمایش کلیدی، محققان ورود یک کاتتر وریدی به یک مدل دست Ecoflex که خودشان ساخته بودند را شبیه‌سازی کردند. این دست مصنوعی به طور مؤثری مراحل رشد باکتری‌ها را مدل‌سازی کرد و نویدبخش این بود که این مدل‌ها می‌توانند برای پیاده‌سازی تدابیر کنترل عفونت و بهبود طراحی دستگاه‌های پزشکی مانند کاتترها استفاده شوند. با این حال، محققان اشاره کردند که آزمایش‌های فعلی آن‌ها به طور کامل شرایط دنیای واقعی را مدل‌سازی نمی‌کنند.

دکتر هاتیچه جیلان کایدیمیر، نویسنده مسئول این مطالعه و استادیار در بخش مهندسی بیومدیکال، گفت: “توسعه مدل‌های واقعی پوست که بتوانند پوست انسان را شبیه‌سازی کنند، یک گام اولیه مهم است.” او افزود: “اما ما فکر می‌کنیم که افزودن عناصر اضافی، مانند مایعات بدن و سایر شرایط بالینی مرتبط در آزمایش‌های آینده، می‌تواند یافته‌های ما را تقویت کرده و پتانسیل Ecoflex را برای کاربردهای پزشکی بیشتر تأیید کند.”

دیگر همکاران این تحقیق شامل آزرای یپراک تارمان، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در بخش مهندسی بیومدیکال هستند. این مطالعه به‌طور جزئی توسط مؤسسه ملی علوم پزشکی عمومی (یکی از مؤسسات ملی بهداشت)، دفتر تحقیقات دریایی وزارت دفاع و مرکز تحقیقاتی مهندسی PATHS-UP که توسط بنیاد ملی علوم تأمین مالی شده است، حمایت شده است. محققان همچنین از بخش مهندسی بیومدیکال، مرکز فناوری‌ها و سیستم‌های بهداشت از راه دور، ایستگاه آزمایش مهندسی تگزاس A&M، تأسیسات نانو ساخت AggieFab و تأسیسات مواد نرم نیز حمایت بیشتری دریافت کردند.