多伊奇基金会赞助了工作提供了多管齐下的攻击主要的医学问题

学院公园,Md.-In帮助患有严重的医疗问题,医生取决于导管提供药物,带走身体的废物和监测生命体征。然而,如此重要的导管病人的健康本身就可以被细菌感染,成为严重的来源和昂贵的并发症。马里兰大学的研究人员的a·詹姆斯克拉克学院的工程,由Robert w . Deutsch基金会的资金支持正在开发工具,强大的新方法来对抗catheter-based承诺和其他感染没有引发细菌对抗生素的耐药性。

“寻找新的方法来治疗感染是一个关键领域,工程师可以帮助医生,”威廉说宾利,罗伯特·e·费舍尔特聘教授和主席克拉克学校的费舍尔生物工程学系。“我们预计,Deutsch感染基金会资助的研究将给医生新药的一天,新的药物开发系统和新的体内细菌传感器和处理系统,这将有助于改善数百万人的生活。”

面临的挑战是巨大的。据杰弗里·d·Hasday医学博士医学教授、肺和危重病医学在巴尔的摩,马里兰大学医学院导管感染是主要关心重症监护病房(ICU)患者遭受巨大创伤,从肺炎或尿路感染、感染性休克或癌症治疗的并发症。这些病人可能不仅需要一根塑料管在他的气道协助呼吸,而且一个塑料导管膀胱切除尿液,动脉血压监测,在一个大的静脉管理维持生命的药物,有时是另一个用于血液透析。

根据Hasday,血流感染率约0.5%每天一根导管到位,当发生感染,死亡率增加35%,住院费用超过35000美元;ICU停留时间的延长,住院治疗铅长期出院后康复。传统的抗生素治疗;研究人员不断努力产生新的药物来应对新兴具有抗药性的细菌

在他们开始之前,一种药物来阻止感染

提供医生的新疗法,克拉克学校人员领导了一个新的方法来对抗细菌感染。创建一个细菌细胞感染互相交流他们的存在被称为自动诱导物使用信号分子2 (AI-2)。在某种程度上,细胞意义上的“群体”,导致形成“生物膜”或大众交流的细胞感染的第一阶段。从克拉克学院的一组研究人员和其他马里兰大学单位寻求控制细胞的群体感应(QS)反应,使细胞不认为他们已经达到法定人数,无法产生感染。

宾利,助理教授赫尔曼Sintim(化学系)教授格雷戈里·佩恩(费舍尔生物工程和生物科学和生物技术研究所),和赫伯特·拉宾特聘教授Reza Ghodssi(电子和计算机工程系和系统研究所),Deutsch的研究生马里亚纳梅尔和Varnika罗伊和化学研究生杰奎琳·史密斯,开发了合成

“模拟”AI-2称为颈- 1烷基AI-2,乙版本加强了QS响应,和丙基版本,熄灭它。他们表明,原型药物可以控制QS反应三种合成的生态系统组成的细菌大肠杆菌,沙门氏菌感染和鳗,在个别物种和物种。大肠杆菌是一种常见的尿导管感染源。

“今天我们颈- 1表明,烷基AI-2两种形式让我们控制QS响应在实验室,“宾利。“我们的下一个步骤是测试这些化合物在环境和更接近于人体自身的条件。这里的水凝胶和正在开发的“芯片实验室”技术将使我们能够这样做。”(见下一章节)。

为探索大肠杆菌信号控制结构

在研究细菌的相互作用的一个挑战是组装在一个受控环境中可以监控他们的活动。教授Gary Rubloff Minta马丁教授克拉克的工程学院材料科学与工程系和马里兰州NanoCenter主任,博士后Yi Cheng和其他Deutsch同伴,已经开发了一个“水凝胶”,或水性多糖物质。水凝胶,当使用适当的工具,允许研究人员组装细菌的方式模拟生物膜的形成和应用在三维空间中刺激和测量反应。

“我们使用这个温和、时空控制水凝胶的装配机制,结合微流控,微机电平台,空间评价群体的角色——传感autoinducer分子和监控生物膜发展,“Rubloff说。

一个低成本、高度控制药物开发系统

当一个生物膜生长和变稠时,它就变得不那么透明。克拉克学校和马里兰大学的其他研究人员正在利用这一点来创建一个微流控芯片上的实验室”,使用光监控生物膜的形成和生物膜反应颈- 1烷基AI-2等药物。工作与宾利和Sintim Ghodssi和梅尔已经建立了一个芯片包含微小通道中流体在严格控制的条件下可以抽。一侧的一个通道的地方发光二极管(led)和其他探测光的二极管。他们泵液含有大肠杆菌进入通道,并持续光照穿过它;作为生物膜的增长,更少的光被光敏二极管。他们可以引入一个颈- 1烷基AI-2等药物;如果它打断了QS响应,生物膜开始萎缩,由二极管检测到更多的光。

“想象一下这些芯片的数组,每个可编程环境日益严重的感染和测试他们如何应对毒品,”Ghodssi。“我们可以允许高度控制药物开发更快更便宜的比现有方法,并给医生功能强大的新武器,以帮助他们的病人。”

早期检测的传感器生物膜在导管和其他设备

除了改善药物对抗感染的发展,克拉克学院研究人员构建传感器来检测,在早期阶段,大肠杆菌和其他生物膜生长在导管和植入人工关节等设备。早期检测将允许医生应用药物更快,增加感染的机会可以被打败之前,还需要广泛的治疗。

Ghodssi年轻研究生钟旭金正日已经建成并展示了一种声表面波(看到)传感器实时生物膜生长监测。看到传感器是一个极其压电薄膜制成的氧化锌的表面可能放置在医疗设备;当一个生物膜生长在影片中,传感器的谐振频率变化,创建一个电信号无线传感器传送到医生或病人通知系统。传感器高度敏感和生物相容性及其操作频率满足无线医疗器械法规设定的联邦通信委员会。

“到目前为止,我们已经在实验室中使用传感器来检测和监测大肠杆菌生物膜的生长。我们的下一步是测试传感器的体内环境,”Ghodssi指出。“我们还计划集成传感器植入式生物膜处理系统,创建一个聪明、自我维持的微系统,用于监测和治疗生物膜没有侵入性手术。”

早期检测的传感器生物膜在导管和其他设备
除了改善药物对抗感染的发展,克拉克学院研究人员构建传感器来检测,在早期阶段,大肠杆菌和其他生物膜生长在导管和植入人工关节等设备。早期检测将允许医生应用药物更快,增加感染的机会可以被打败之前,还需要广泛的治疗。

Ghodssi年轻研究生钟旭金正日已经建成并展示了一种声表面波(看到)传感器实时生物膜生长监测。看到传感器是一个极其压电薄膜制成的氧化锌的表面可能放置在医疗设备;当一个生物膜生长在影片中,传感器的谐振频率变化,创建一个电信号无线传感器传送到医生或病人通知系统。传感器高度敏感和生物相容性及其操作频率满足无线医疗器械法规设定的联邦通信委员会。

“到目前为止,我们已经在实验室中使用传感器来检测和监测大肠杆菌生物膜的生长。我们的下一步是测试传感器的体内环境,”Ghodssi指出。“我们还计划集成传感器植入式生物膜处理系统,创建一个聪明、自我维持的微系统,用于监测和治疗生物膜没有侵入性手术。”