预防生物膜的形成，以减少医院感染的风险

有些住院的人感觉更糟而不是更好。在工业化国家，平均有7%的患者受到“院内”感染的影响。在重症监护病房，这种风险会增加更多。这可能会导致严重的疾病和危及生命的血液中毒。

如果病人接受侵入性医疗措施治疗，医院里的细菌就会特别容易受到感染:如果在病人体内插入导管，为其通风、补充液体或排尿，传染性病原体就会很快站稳脚跟。目前还不清楚如何预防这些感染。一组来自圣加伦州医院的Empa科学家和医生目前正在进行一个旨在降低医院感染风险的项目。

研究的重点在于生物膜的分析，生物膜是指细菌在诸如导尿管等物体表面的积聚。然而，设计防止生物膜形成的材料需要知道细菌是如何在表面生长的。要对未知的事物发展出适当的保护措施是根本不可能的。这就是医学一直被困在黑暗中的地方——它在很大程度上不知道导管里到底长了什么。

Empa研究员任群正在寻找聚合物支架内部的秘密。她和圣加伦医院的医生一起研究了近90名输尿管支架患者的样本。在输尿管中使用导管或支架是一种常见的程序，例如，在治疗肾结石时。Ren说:“然而，如果使用这种支架，症状和尿路感染就会频繁发生。”

在她检查的病人身上也发现了这一点:在体内停留约三周后，钙晶体(来自尿液)就会沉积在试管中，研究人员还在样本中发现了细菌积累。她说:“材料表面形成了生物膜，我们可以从中培养活细菌。”

试管里的生物

科学家认为，这些生物膜可能代表了世界上最成功的生物:细菌堆积在自我产生的粘稠基质中，表现得像一个单一的有机体。而且在人类出现之前，它们就已经存在了——在地球历史上已知的最古老的化石中就发现了生物膜。考虑到它们惊人的生存策略，它们能在最恶劣的条件下生存并茁壮成长也就不足为奇了尿导管。

多亏了一层潮湿的生物聚合物，生活在生物膜中的细菌得到了保护，可以移动，并相互连接。它们愉快地交换有用的遗传物质，通过化学信号进行交流，当它们的“平面部分”的深层遭受饥饿时，它们会向表层报告情况。这种薄膜对抗生素和消毒剂有抗性，如果有必要，生物膜可以把一群开拓者送到一个新的地方去寻找更多的菌落，就像转移性肿瘤一样。

像壁虎一样灵巧

自然界中成功的东西在医院里可能会有糟糕的结局。因此，我们的目标是开发新的支架材料，例如减少感染的风险。“一个关键事件在形成一个生物膜是移动细菌附着在物体表面的时刻，”任教授解释道。一些微生物使用了与壁虎相同的技巧，它们可以倒挂在一块玻璃上:它们利用范德华力，利用自身分子与表面分子之间的相互作用。其他的例子是在导管和支架的表面涂上合适的涂层，这有助于它们在表面安定下来。“为了抵御细菌，我们必须阻止附着过程，”任教授说。

抗细菌材料和涂层的先决条件是研究结果“从实验室到临床”的无缝传输。一种材料只有在实验室的分析尽可能真实的情况下才能证明自己。因此，Empa研究人员开发了一个多部分实验室模型，其条件尽可能接近医院。

潜在的新型导管材料在生物反应器中用液体冲洗，就像在体内真正的尿路支架一样。所有分离的微生物都用共聚焦显微镜检查，细菌培养和遗传分析。同时，材料的表面它被钙晶体覆盖，用x射线分析来表征。他说:“只有我们确切地知道这些微生物的能力，我们才能生产出安全、高效、能抵抗细菌生物膜的新材料。”

来自圣加伦州医院的样本现在已经被用来准确地展示使用传统材料制成的导管在体内发生的情况。由于这些患者在插入导管前均无感染迹象，且体内支架携带时间较短，因此所分离出的生物膜均较轻，这是可以预料的。然而，很明显，某些类型的细菌喜欢一起出现。例如，一些患者的样本中含有有害的肠杆菌，而另一些患者的样本中含有乳酸菌等多种微生物，而乳酸菌被认为具有保护作用。研究人员现在将调查这些不同的“尿型”是如何与医院感染的风险相关的。他们也在讨论根据特定的患者群体对表面进行不同修饰的可能性。下一步，该团队计划检查长期治疗和感染患者的样本。

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