Các kỹ sư y sinh tại Đại học Brown (Mỹ) đã phát triển một loại băng vết thương thông minh có khả năng phát hiện vi khuẩn gây nhiễm trùng và chỉ giải phóng kháng sinh khi cần thiết, mở ra hướng đi mới trong cuộc chiến chống tình trạng kháng kháng sinh đang gia tăng trên toàn cầu.
Kết quả nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí Science Advances cho thấy vật liệu mới có thể loại bỏ nhanh các ổ nhiễm trùng, thúc đẩy quá trình làm lành vết thương và đồng thời giảm việc sử dụng kháng sinh không cần thiết.
Kháng kháng sinh hiện được xem là một trong những thách thức y tế nghiêm trọng nhất thế giới. Theo nhiều nghiên cứu, các bệnh nhiễm trùng do vi khuẩn kháng thuốc gây ra đang khiến hơn 1 triệu người tử vong mỗi năm và có thể liên quan tới gần 10 triệu ca tử vong mỗi năm vào năm 2050 nếu không kiểm soát được tình trạng lạm dụng kháng sinh.
Nhóm nghiên cứu đã phát triển một loại hydrogel thông minh chứa sẵn kháng sinh, được đặt trực tiếp lên vết thương dưới lớp băng bảo vệ. Điểm đặc biệt của vật liệu này là khả năng phản ứng với enzyme beta-lactamase, một loại enzyme do nhiều vi khuẩn gây bệnh tiết ra. Khi phát hiện enzyme này, cấu trúc hydrogel sẽ bắt đầu phân hủy và giải phóng lượng kháng sinh được lưu trữ bên trong. Ngược lại, nếu không có vi khuẩn gây hại, hydrogel vẫn giữ nguyên trạng thái và không giải phóng thuốc.
“Kháng kháng sinh đang là vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu, vì vậy chúng ta cần những phương pháp sử dụng kháng sinh hiệu quả hơn,” giáo sư Anita Shukla thuộc Trường Kỹ thuật Đại học Brown, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết.
“Chúng tôi đã phát triển một vật liệu chỉ giải phóng kháng sinh khi có vi khuẩn gây hại xuất hiện. Điều này giúp hạn chế việc tiếp xúc với kháng sinh khi không cần thiết nhưng vẫn đảm bảo thuốc được cung cấp khi thực sự cần.”
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, hydrogel chỉ phân hủy khi tiếp xúc với các vi khuẩn sản sinh beta-lactamase. Khi tiếp xúc với các vi khuẩn vô hại không tạo ra enzyme này, vật liệu vẫn giữ nguyên cấu trúc và không làm gia tăng nguy cơ kháng thuốc trong quá trình sử dụng lâu dài.
Theo nhóm nghiên cứu, cơ chế này giúp bảo vệ hệ vi sinh vật có lợi vốn tồn tại tự nhiên trên da, đồng thời đảm bảo kháng sinh chỉ tác động vào các vi khuẩn gây bệnh.
Các thử nghiệm cũng cho thấy hydrogel có khả năng giữ kháng sinh rất ổn định bên trong vật liệu cho đến khi được kích hoạt bởi enzyme của vi khuẩn.
Trong các thử nghiệm trên chuột, chỉ một lần sử dụng hydrogel đã loại bỏ hoàn toàn tình trạng nhiễm khuẩn tại các vết trầy xước trên da. Loại băng mới cũng cho kết quả vượt trội so với một loại băng kháng khuẩn đang được sử dụng phổ biến trong lâm sàng, cả về khả năng tiêu diệt vi khuẩn lẫn thúc đẩy lành vết thương.
Các nhà nghiên cứu nhận định công nghệ mới có thể tạo ra một phương pháp điều trị nhiễm trùng hiệu quả hơn trong khi vẫn bảo tồn hiệu lực của các loại kháng sinh hiện có.
“Những hydrogel thông minh phản ứng với enzyme vi khuẩn có tiềm năng cung cấp khả năng tiêu diệt nhiễm trùng theo yêu cầu và có mục tiêu, đồng thời giảm thiểu việc tiếp xúc không cần thiết với kháng sinh,” nhóm nghiên cứu kết luận.
Hiện công nghệ này đã được đăng ký bằng sáng chế và nhóm nghiên cứu đang tiếp tục phát triển để hướng tới thương mại hóa trong tương lai.
Các kỹ sư Đại học Brown phát triển hydrogel thông minh có khả năng phát hiện vi khuẩn gây hại và chỉ giải phóng kháng sinh khi cần thiết. Trong thử nghiệm trên chuột, vật liệu này giúp loại bỏ nhiễm trùng và cải thiện quá trình lành vết thương, đồng thời có tiềm năng giảm nguy cơ kháng kháng sinh. Ảnh: Shutterstock
