npj biofilms and microbiomes ： 研究人员开发出一种治疗中耳炎的新技术
2021-06-29 MedSci原创 MedSci原创
研究人员设计了一种微型 3D 打印设备来灭活铜绿假单胞菌，这是一种导致感染的常见细菌。
中耳炎 (OM) 通常被称为中耳感染，是一种与中耳腔中细菌和/或病毒病原体相关的流行疾病。OM 影响了美国 80% 以上的儿童，如果中耳积液（在正常充气和空的中耳腔中积聚的液体）持续数月或更长时间，受试者可能会出现暂时性听力损失，从而影响幼儿的言语和语言发育迟缓。
抗生素处方是 OM 的常见治疗方法，但已证明在超过 30% 的急性 OM 病例中无效。而且，它们的使用会导致抗生素耐药性增加，因为细菌会形成生物膜——附着在耳朵表面的聚集体。“生物膜非常致密，使抗生素难以渗透。
此外，在鼓膜（也称为鼓膜）中放置一根小引流管的手术干预通常是治疗慢性或复发性感染的下一阶段，但手术的益处和疗效取决于 OM 的严重程度和具体情况中耳疾病，因此迫切需要一种治疗中耳炎的新方法。
近期，发表在npj biofilms and microbiomes 的一项研究表明，研究人员开发出一种治疗中耳感染的新技术，在这项研究中，研究人员设计了一种微型 3D 打印设备来灭活铜绿假单胞菌，这是一种导致感染的常见细菌。
该装置——一个微等离子体射流阵列——产生等离子体，它由带电粒子和反应分子组成，这些分子之前已被证明可以灭活各种病原体。“这是第一次有人尝试使用等离子技术治疗中耳感染，”Boppart 实验室的研究生 Jungeun Won 说。“通常，治疗涉及使用抗生素或手术干预。”
3D打印的微等离子体射流阵列装置的剖面图，以及安装的电极阵列（红色）与阵列运行时产生的多个等离子体射流（紫色）的图示
研究人员通过构建中耳模型来测试微等离子体喷射阵列。研究员的想法是，如果能够破坏生物膜的结构，就可以增加抗生素的渗透。因此他们尝试使用切除的大鼠鼓膜并测试了微等离子体对位于鼓膜后面的细菌的抗菌作用。
耳内微等离子体集成耳镜传送平台的图示
研究员使用不同的持续时间进行治疗，发现 15 分钟或更长时间可有效灭活细菌，”Won 说。此外，他们还监测了组织，看看他们是否制造了任何孔洞或破裂，但没有发现任何明显的物理损伤。”
新鲜收获的大鼠耳膜（正面和背面）。b塑料管粘附在大鼠鼓膜的背面以产生中耳腔模拟空间。c细菌悬浮液包含在封闭的中耳腔中。d CFU log 减少与微等离子体处理持续时间的图。
“我们认为微等离子体通过扰乱细菌细胞膜来破坏生物膜，”Nguyen 说。“到目前为止，我们只有间接测量支持我们的想法，但我们将在未来研究它。”尽管大鼠耳膜的厚度比人类低 30%，大约相当于一根发丝的宽度，但结果表明微等离子体治疗可用于治疗人类的中耳感染。
在这项研究中，开发了一种微型 3D 打印微等离子体喷射阵列来研究铜绿假单胞菌的消毒和致敏，目的是开发一种潜在的无抗生素治疗 OM。
目前，研究人员现在正在设计一种更小的、耳塞形状的喷射阵列，用于治疗，允许更长的暴露时间。他们还将使用引起中耳感染的其他细菌（包括但不限于流感嗜血杆菌、肺炎链球菌和卡他莫拉菌）的生物膜在动物模型上测试设备，以测试这种治疗对这些细菌是否也有效。此外，研究人员将密切监测中耳组织，以确保等离子体技术不会造成结构和功能组织损伤。
参考文献：Peter P. Sun et al, Inactivation and sensitization of Pseudomonas aeruginosa by microplasma jet array for treating otitis media, npj Biofilms and Microbiomes (2021). DOI: 10.1038/s41522-021-00219-2
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