Вторник, 06 Апрель 2021 14:54

Как свекольный сок помогает обнаружить инфекции?

За последние 18 месяцев Дася Тейлор выжимала соки из трех десятков свекл. Корнеплоды, как она обнаружила, являются идеальным красителем для ее изобретения: шовная нить, которая меняет цвет, от ярко-красного до темно-фиолетового, когда хирургическая рана заражается.

17-летняя студентка Западной средней школы Айова-Сити, штат Айова, начала работать над проектом в октябре 2019 года, после того как ее учитель химии поделился с классом информацией о государственных научных ярмарках. Разрабатывая свои швы, она получила награды на нескольких региональных научных ярмарках. 

Дася читала о швах, покрытых проводящим материалом, который может определять состояние раны по изменению электрического сопротивления и передавать эту информацию на смартфоны или компьютеры пациентов и врачей. Такая технология ввиду своей высокой стоимости не  могла бы быть применима в развивающихся странах. Поэтому Тейлор заинтересовала идея создания умных бюджетных швов.

Инфекции после кесарева сечения особенно привлекли внимание Тейлора. В некоторых африканских странах до 20% женщин, которые рожают с помощью кесарева сечения, затем развивают инфекции в месте операции. Исследования также показали, что медицинские центры в Сьерра-Леоне, Демократической Республике Конго и Бурунди имеют аналогичные или более низкие показатели инфицирования (от 2 до 10 процентов) после кесарева сечения, чем в США, где этот показатель колеблется от 8 до 10 процентов.

Здоровая человеческая кожа от природы кислая, с рН около пяти. Но когда рана заражается, ее рН повышается примерно до девяти. Изменения рН могут быть обнаружены без электроники; многие фрукты и овощи являются естественными индикаторами, которые меняют цвет при различных уровнях рН.

"Я обнаружил, что свекла меняет цвет в идеальной точке pH",- говорит Тейлор. Ярко-красный свекольный сок становится темно-фиолетовым при рН9. Это идеально подходит для инфицированной раны. И тогда я подумала: "О, хорошо. Так что свекла там, где она находится".

Затем Тейлор должна была найти шовную нить, которая удерживала бы краску. Она проверила десять различных материалов, включая стандартную шовную нить на то, насколько хорошо они захватывают и удерживают краситель, меняет ли краситель цвет при изменении его рН . После того как ее школа перешла на дистанционное обучение, она могла проводить четыре или пять часов в лаборатории, проводя эксперименты. Дася обнаружила, что хлопчатобумажно-полиэфирная нить через пять минут при инфекционном рН меняет цвет с ярко-красного на темно-фиолетовый. Через три дня пурпур становится светло-серым.

Дася надеется, что изменяющие цвет швы когда-нибудь помогут пациентам обнаруживать инфекции в месте операции как можно раньше. Тейлор собирается запатентовать свое изобретение. 

Кэтрин Чу, директор Центра глобальной хирургии при Университете Стелленбоса в Южной Африке, сосредоточена на улучшении справедливого доступа к хирургической помощи. "Я думаю, это удивительно, что этот молодой ученый средней школы был вдохновлен работать над решением этой проблемы", - отмечает Кэтрин. "Продукт, который мог бы обнаружить ранние инфекции хирургического участка, был бы чрезвычайно ценным."

Но проект требует доработки. Современные шовные нити хорошо справляются со своей работой: они доступны по цене, не раздражают кожу и достаточно прочны, чтобы удерживать рану вместе. Нить, окрашенная свекольным соком, должна быть конкурентоспособной по всем этим признакам. Инфекции хирургического участка также могут возникать под поверхностью раны — кесарево сечение включает в себя прорезание, а затем восстановление не только кожи, но и мышц под ней. Как бы то ни было, изменяющая цвет шовная нить не поможет обнаружить инфекцию под кожей, и "если инфекция просачивается через кожу или вовлекает кожу, инфекция уже достигла более поздних стадий", - пишет Чу.

Наконец, та же непоглощающая способность, которая делает стандартную шовную нить трудно окрашиваемой свекольным соком, также удерживает бактерии, и наоборот. В то время как плетеная структура хлопчатобумажной нити дает ей возможность собирать свекольный краситель, она также обеспечивает укрытие для бактерий, вызывающих инфекции.

Тейлор с самого начала своего проекта проводила ряд исследований, которые могли бы противодействовать рискам, связанным с использованием хлопка.

 Я читала некоторые исследования, в которых говорилось, что свекольный сок обладает антибактериальными свойствами. И хотя я хочу верить им на слово, я хотела попробовать сама. Я хотела воспроизвести их результаты”, - говорит Тейлор.

Но изучение бактерий требует специфических, стерильных практик, с которыми ни Тейлор, ни ее наставники Уоллинг и Мишель Викнер, оба учителя химии, изначально не были знакомы. В течение нескольких месяцев, предшествовавших конкурсу по поиску научных талантов, Тейлор связался с микробиологом Терезой Хо из Университета Айовы, чтобы создать план исследований, включающий соответствующие методы, и эта работа продолжается.

После окончания университета Тейлор надеется поступить в Говардский университет, изучать политологию и в конце концов стать юристом.

События