Три линии обороны: многофункциональное покрытие с антиадгезионными, бактерицидными свойствами и способностью подавлять кворум-сенсинг для предотвращения образования биоплёнки Pseudomonas aeruginosa

Поверхности синтетических материалов легко колонизируются патогенными бактериями с последующим образованием биоплёнок, что приводит к отказу устройств в медицине и промышленности. Полное удаление зрелых биоплёнок с поверхностей, однако, остаётся сложной задачей из-за сложности их химического состава и физической структуры. Поэтому предпочтительной стратегией решения проблем, связанных с биоплёнками, становится предотвращение их образования. В настоящей работе простым и универсальным методом создано многофункциональное покрытие, обеспечивающее три линии обороны против образования биоплёнки Pseudomonas aeruginosa. Покрытие состоит из многослойной структуры на основе кватернизованного хитозана с бактерицидными свойствами и ацилазы, подавляющей кворум-сенсинг, а также верхнего слоя гиалуроновой кислоты с антиадгезионными свойствами. Покрытие, нанесённое на подложку, подавляло первоначальную адгезию большинства бактерий, затем уничтожало прикрепившиеся бактерии и нарушало работу систем кворум-сенсинга, связанных с образованием биоплёнки. Результаты краткосрочных антибактериальных экспериментов показали, что покрытие снижало количество прикрепившихся жизнеспособных бактерий на 98 ± 2%. В длительных экспериментах по изучению противобиоплёночного действия такая «трёхлинейная оборона» обеспечивала усиленное подавление образования биоплёнки в течение не менее 3 дней, снижая пролиферацию бактерий на 98 ± 1%, а образование биомассы — на 71 ± 2%. Благодаря природным компонентам с хорошей биосовместимостью, а также универсальному и экологичному методу получения покрытие обладало минимальной цитотоксичностью и широкими возможностями применения, что создаёт значительный потенциал для различных биомедицинских задач.

Значимость: Патогенные биоплёнки, образующиеся на поверхности медицинских устройств и материалов, представляют собой неотложную проблему, а лечение и удаление уже сформировавшихся биоплёнок остаются сложными. В настоящей работе разработано противобиоплёночное покрытие, обеспечивающее три линии обороны для предотвращения образования биоплёнки; его можно наносить на различные подложки простым и универсальным методом. Покрытие создано на основе трёх природных материалов с антиадгезионными, бактерицидными свойствами и способностью подавлять кворум-сенсинг. Оно саморегулируемым образом выполняет различные функции на последовательных этапах образования биоплёнки: предотвращает первоначальную адгезию бактерий, уничтожает прикрепившиеся бактерии и нарушает работу системы кворум-сенсинга, подавляя пролиферацию бактерий и созревание биоплёнки. Это покрытие с улучшенными противобиоплёночными свойствами может стать простым и надёжным решением проблем, связанных с образованием биоплёнок на поверхностях.