Магнитные поля нагревают бактериальные биопленки

Исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета штата Калифорния показали, что высокочастотные переменные магнитные поля — тот же принцип, который используется в индукционных варочных панелях — можно использовать для уничтожения бактерий, заключенных в слизистую «биопленку», растущую на металлической поверхности. Биопленка — это набор микроорганизмов, которые прилипают друг к другу, а также к различным поверхностям.

Эта совокупность организмов и других веществ, которые их окружают, затрудняет доступ лекарств и иммунных клеток к бактериям.Технология, разработанная доктором Радживом Чопрой и доктором Дэвидом Гринбергом, использует этот метод для нагрева поверхности металлических суставов протезов и уничтожения бактериальных биопленок.

Их работа публикуется в научных отчетах.Когда металл находится в присутствии переменных магнитных полей (AMF), на нем возникают электрические токи, которые выделяют тепло. Если направление магнитных полей быстро меняется взад и вперед (т.е.высокая частота), то электрические токи протекают только по внешнему краю металла, где находится биопленка.

«Это была лампочка в разговоре», — сказал д-р Чопра, доцент кафедры радиологии и исследовательского центра Advanced Imaging Research Center. «У вас есть патоген, который нельзя вылечить обычными лекарствами. У вас есть физический эффект — нагрев поверхности металла — это часто осложнение для таких технологий визуализации, как МРТ. Мы взяли две вещи, которые проблемы, и, объединив их, мы нашли решение ».

Доктор Гринберг, доцент кафедры внутренней медицины и микробиологии, сказал, что инфекции, связанные с биопленками, являются одним из наиболее серьезных осложнений при замене коленного и тазобедренного суставов, часто требующих многократных операций. «Мы искали более эффективные способы нацеливания и лечения биопленок. Наша идея заключалась в том, чтобы обернуть катушку вокруг сустава и пропустить через нее ток, чтобы создать переменные магнитные поля.

Человеческая ткань не проводящая, а металл, поэтому только имплант разогреть."Используя модели протезов суставов, исследователи показали, что нагрев поверхности металла с помощью AMF разрушает биопленку и убивает бактерии. Они протестировали несколько видов бактерий, которые создают биопленку на искусственных суставах, и этот процесс работал с каждым типом.Другой ключевой вывод их работы заключается в том, что лечение AMF повысило эффективность лечения антибиотиками. «Подумайте на минутку о тепле как о лекарстве, — сказал доктор Гринберг. «Иногда при инфекционных заболеваниях мы хотим знать, являются ли два препарата синергическими, то есть один плюс один равен четырем, как в случае с AMF и антибиотиками.

Это важно, потому что, если лечение синергетично, вы можете использовать более низкие концентрации каждого из них, что имеет последствия как для безопасности, так и для стоимости ".Тесты на безопасность на мышиной модели показали, что кратковременные высокие дозы AMF минимизируют тепловое повреждение прилегающих тканей.

Высокая мощность позволяет быстро достичь заданной температуры на поверхности металлического устройства, прежде чем тепло накопится в окружающих тканях.Каждый год в Соединенных Штатах выполняется более 1 миллиона замен коленного и тазобедренного суставов, и ожидается, что их число резко вырастет в течение следующего десятилетия с ростом показателей ожирения и старения населения.

Хотя уровень инфекций протезных суставов невелик, когда они все же возникают, их чрезвычайно трудно лечить. Текущее лечение инфекции протезного колена включает удаление покрытого биопленкой сустава, установку временного спейсера, шестинедельный курс внутривенного введения антибиотиков, а затем вторую операцию по замене коленного сустава, которая более сложна в исполнении, чем первоначальная операция. .Пациенты месяцами не могут заниматься обычной деятельностью.«Инфекции перипротезных суставов — разрушительное осложнение для пациентов и значительное финансовое бремя для нашей системы здравоохранения», — сказал хирург-ортопед доктор Кеннет Эстрера, доцент Юго-Западного Университета штата Калифорния. «Исследования доктора Гринберга и доктора Чопры могут привести к решению самой сложной проблемы хирургической артропластики суставов».Дальнейшая работа включает в себя больше испытаний на безопасность и эффективность на животных моделях.

Другие исследователи Юго-Западного штата Юго-Запад, внесшие вклад в этот проект, — Сумбул Шейх, научный сотрудник; Йонатан Чатзинов, специалист по биомедицинской инженерии; Д-р Ималка Мунавира, научный сотрудник, получивший докторскую степень; Доктор Бинбин Ченг, научный сотрудник, получивший докторскую степень; Доктор Сет М. Дейли, научный сотрудник, получивший докторскую степень; Д-р Инь Си, доцент кафедры радиологии и клинических наук; Ченчен Бинг, научный сотрудник; и доктор Деннис Бернс, профессор патологии и обладатель дипломов Джейн Б. и Эдвин П. Дженевейн, доктор медицины кафедры патологии.Как работают переменные магнитные поля высокой частотыЭлектрический ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле. Когда провод наматывается, магнитное поле концентрируется в центре катушки.

Направление магнитного поля — ориентация север / юг — зависит от направления потока электричества. Когда направление тока меняется на противоположное, направление магнитного поля меняется на противоположное.Пропуск высокочастотного (более 100 кГц) переменного тока через катушку приведет к быстрому нагреву поверхности металлических предметов внутри катушки.

Этот же принцип используется в индукционных варочных панелях для нагрева кастрюли, в которой кипятится вода.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *