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Wearable nitric oxide-releasing antibacterial insert for preventing device-associated infections
Journal of Controlled Release ( IF 10.5 ) Pub Date : 2024-09-24 , DOI: 10.1016/j.jconrel.2024.09.027 Manjyot Kaur Chug 1 , Aasma Sapkota 1 , Mark Stephen Garren 1 , Elizabeth J Brisbois 1
Journal of Controlled Release ( IF 10.5 ) Pub Date : 2024-09-24 , DOI: 10.1016/j.jconrel.2024.09.027 Manjyot Kaur Chug 1 , Aasma Sapkota 1 , Mark Stephen Garren 1 , Elizabeth J Brisbois 1
Affiliation
Medical device-associated infections are a pervasive global healthcare concern, often leading to severe complications. Bacterial biofilms that form on indwelling medical devices, such as catheters, are significant contributors to infections like bloodstream and urinary tract infections. This study addresses the challenge of biofilms on medical devices by introducing a portable antimicrobial catheter insert (PACI) designed to be efficient, biocompatible, and anti-infective. The PACI utilizes nitric oxide (NO), known for its potent antimicrobial properties, to deter bacterial adhesion and biofilm formation. To achieve this, a photoinitiated NO donor, S -nitroso-N -acetylpenicillamine (SNAP), is covalently linked to a polydimethylsiloxane (PDMS) polymer. This design allows for higher NO loading for long-term impact and prevents premature donor leaching, a common challenge with SNAP-blended polymers. The SNAP-PDMS material was applied to a side-glowing fiber optic and connected to a wearable light module emitting 450 nm light, creating a functional antimicrobial insert. Activation of the fiber optic, accomplished with a one-click mechanism, enables real-time NO release, maintaining controlled NO levels for a minimum of 24 hours. The therapeutic levels of NO released via photocatalysis from the PACI demonstrated remarkable efficacy, with >90 % reduction in bacterial viability against S. aureus , S. epidermidis , and P. mirabilis without any cytotoxic impact on mammalian cells. This study underscores the potential of the NO-releasing insert in clinical settings, providing a portable and adaptable solution for preventing catheter-associated infections.
中文翻译:
用于预防设备相关感染的可穿戴一氧化氮释放抗菌插件
医疗器械相关感染是全球普遍关注的医疗保健问题,通常会导致严重的并发症。在留置医疗设备(如导管)上形成的细菌生物膜是导致血流和尿路感染等感染的重要因素。本研究通过引入一种旨在高效、生物相容性和抗感染性的便携式抗菌导管插入物 (PACI) 来解决医疗器械上生物膜的挑战。PACI 利用以其强大的抗菌特性而闻名的一氧化氮 (NO) 来阻止细菌粘附和生物膜形成。为了实现这一点,光引发的 NO 供体 S-亚硝基-N-乙酰青霉胺 (SNAP) 与聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 聚合物共价连接。这种设计允许更高的 NO 负载量以实现长期影响,并防止供体过早浸出,这是 SNAP 共混聚合物的常见挑战。将 SNAP-PDMS 材料应用于侧发光光纤,并连接到发射 450 nm 光的可穿戴灯模块,从而形成功能性抗菌嵌件。通过一键式机制完成光纤的激活,可实现实时 NO 释放,保持受控的 NO 水平至少 24 小时。通过 PACI 光催化释放的 NO 治疗水平显示出显着的疗效,对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和奇异假单胞菌的细菌活力降低了 >90%,对哺乳动物细胞没有任何细胞毒性影响。这项研究强调了 NO 释放插入物在临床环境中的潜力,为预防导管相关感染提供了一种便携且适应性强的解决方案。
更新日期:2024-09-24
中文翻译:
用于预防设备相关感染的可穿戴一氧化氮释放抗菌插件
医疗器械相关感染是全球普遍关注的医疗保健问题,通常会导致严重的并发症。在留置医疗设备(如导管)上形成的细菌生物膜是导致血流和尿路感染等感染的重要因素。本研究通过引入一种旨在高效、生物相容性和抗感染性的便携式抗菌导管插入物 (PACI) 来解决医疗器械上生物膜的挑战。PACI 利用以其强大的抗菌特性而闻名的一氧化氮 (NO) 来阻止细菌粘附和生物膜形成。为了实现这一点,光引发的 NO 供体 S-亚硝基-N-乙酰青霉胺 (SNAP) 与聚二甲基硅氧烷 (PDMS) 聚合物共价连接。这种设计允许更高的 NO 负载量以实现长期影响,并防止供体过早浸出,这是 SNAP 共混聚合物的常见挑战。将 SNAP-PDMS 材料应用于侧发光光纤,并连接到发射 450 nm 光的可穿戴灯模块,从而形成功能性抗菌嵌件。通过一键式机制完成光纤的激活,可实现实时 NO 释放,保持受控的 NO 水平至少 24 小时。通过 PACI 光催化释放的 NO 治疗水平显示出显着的疗效,对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和奇异假单胞菌的细菌活力降低了 >90%,对哺乳动物细胞没有任何细胞毒性影响。这项研究强调了 NO 释放插入物在临床环境中的潜力,为预防导管相关感染提供了一种便携且适应性强的解决方案。