جریان‌های الکتریکی نامحسوس می‌توانند عفونت‌های پوستی را کاهش دهند

جریان‌های الکتریکی نامحسوس می‌توانند عفونت‌های پوستی را کاهش دهند

با استفاده از چند ضربه الکتریکی به پوست، پژوهشگران می‌توانند عفونت‌های باکتریایی را بدون استفاده از داروها متوقف کنند. برای اولین بار، محققان یک پچ پوستی طراحی کرده‌اند که با استفاده از جریان‌های الکتریکی نامحسوس، میکروب‌ها را کنترل می‌کند. نتایج این تحقیق در 24 اکتبر در مجله Device منتشر شده است.

“این تحقیق امکان درمان‌های بدون دارو را باز می‌کند، به‌ویژه برای عفونت‌های پوستی و بهبود زخم‌ها، که در آن‌ها باکتری‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک‌ها چالشی جدی محسوب می‌شوند.” این را بوزی تیان، از دانشگاه شیکاگو و یکی از نویسندگان اصلی مقاله می‌گوید.

دانشمندان پیش از این از الکتریسیته برای دستکاری سلول‌های پستانداران از جمله انسان‌ها و درمان بیماری‌ها بدون استفاده از دارو بهره برده‌اند. به عنوان مثال، دستگاه‌های ضربان‌ساز با ایجاد جریان‌های الکتریکی کوچک، ضربان قلب را تنظیم می‌کنند. همچنین پروتزهای شبکیه که نوعی چشم بیونیک هستند، از الکتریسیته برای تحریک شبکیه بیماران و بهبود جزئی بینایی آن‌ها استفاده می‌کنند.

تیان و تیمش در این فکر بودند که آیا می‌توانند به‌جای استفاده از آنتی‌بیوتیک‌ها با استفاده از الکتریسیته، باکتری‌ها را کنترل کنند. به دلیل استفاده بیش از حد از آنتی‌بیوتیک‌ها در انسان‌ها و دام‌ها، بسیاری از میکروب‌ها مقاوم شده و داروهای کنونی کمتر مؤثر هستند. مطالعات قبلی نشان می‌دهد که عفونت‌های مقاوم به دارو ممکن است به حدود 1.27 میلیون مرگ در سراسر جهان در سال 2019 منجر شده باشد.

تیم تصمیم گرفت بررسی کند که آیا استافیلوکوکوس اپیدرمیدیس، یک باکتری رایج روی پوست انسان، به تحریکات الکتریکی واکنش نشان می‌دهد یا خیر. S. epidermidis به‌طور کلی بی‌ضرر است و می‌تواند از پوست در برابر پاتوژن‌ها محافظت کند، اما هنگامی که از طریق بریدگی یا روش‌های پزشکی مانند کاتتر وارد بدن شود، می‌تواند عفونت‌های جدی ایجاد کند. اخیراً سه گونه از S. epidermidis مقاوم به تمامی کلاس‌های آنتی‌بیوتیک شناسایی شده است.

گورول سوئل، از دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو و دیگر نویسنده اصلی مقاله، می‌گوید: “از آنجا که استافیلوکوکوس بخشی از اکوسیستم میکروبی طبیعی پوست ماست، ما ترجیح می‌دهیم آن را به‌طور کامل از بین نبریم؛ زیرا عدم حضور کامل آن در پوست ما می‌تواند مشکلات دیگری را به‌وجود آورد.”

تیم دریافت که جریان‌های الکتریکی کوچک می‌تواند واکنش‌هایی در S. epidermidis ایجاد کند، اما فقط در محیط اسیدی. محققان این ویژگی را “تحریک‌پذیری انتخابی” می‌نامند. پوست سالم انسان کمی اسیدی است، اما زخم‌های مزمن تمایل به pH خنثی یا قلیایی دارند.

سائهیون کیم، نویسنده اصلی و عضو دانشگاه شیکاگو، می‌گوید: “واکنش باکتری‌ها به الکتریسیته به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته است، زیرا هنوز شرایط خاصی که در آن‌ها باکتری‌ها تحریک می‌شوند، به‌خوبی شناخته نشده است.”

تیم باکتری را با ولتاژ ضعیفی به اندازه 1.5 ولت – بسیار پایین‌تر از حد 15 ولت که برای انسان‌ها نامحسوس و ایمن در نظر گرفته می‌شود – به مدت 10 ثانیه هر 10 دقیقه به مدت 18 ساعت تحریک کرد. تحت شرایط اسیدی ایده‌آل، درمان الکتریکی 99 درصد از بیوفیلم، که تجمعی از باکتری‌ها است که داروها را مسدود می‌کند و منجر به عفونت‌های مداوم می‌شود، را متوقف کرد. وقتی محیط به pH خنثی تغییر کرد، درمان اثری نداشت.

آنالیز بیشتر همچنین نشان داد که پس از تحریک الکتریکی، S. epidermidis کاهش در بیان چندین ژن، از جمله ژن‌های مرتبط با مقاومت به آنتی‌بیوتیک و تشکیل بیوفیلم، نشان داد.

برای درمان زخم‌های پوستی با تحریک S. epidermidis در شرایط مناسب، تیم یک پچ پوستی به نام BLAST (مخفف Bioelectronic Localized Antimicrobial Stimulation Therapy) طراحی کرد. این پچ دارای الکترودها و یک هیدروژل است که محیط اسیدی فراهم می‌کند. آن‌ها این دستگاه را روی پوست خوک آلوده به S. epidermidis آزمایش کردند. پس از 18 ساعت درمان، کاهش قابل توجهی در پوشش بیوفیلم و تقریباً 10 برابر کاهش در سلول‌های S. epidermidis نسبت به نمونه بدون درمان مشاهده شد. همچنین این دستگاه را روی سطح کاتتر آزمایش کرده و اثر ضد میکروبی مشابهی را مشاهده کردند.

تیان می‌گوید که با تحقیقات بیشتر برای بررسی ایمنی و کارایی این درمان، دانشمندان می‌توانند یک پچ قابل‌پوشیدن با یک مدار بی‌سیم توسعه دهند که بدون دارو عفونت‌ها را کنترل کند.

این تحقیق توسط بنیاد بیل و ملیندا گیتس، دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده، بنیاد ملی علوم، و مؤسسات ملی بهداشت حمایت شده است.