Чему наука научилась у акул в области проектирования медицинского оборудования | Итан Манн | TEDxMileHigh

В этой захватывающей речи микробиолог Итан Манн объясняет, как благодаря акулам было найдено жизнеспасающее решение по борьбе с устойчивостью к противомикробным препаратам.

Это выступление записано на мероприятии TEDx, независимо организованном местным сообществом с использованием формата конференций TED. Узнайте больше на http://ted.com/tedx

У ВМС США всегда была
одна проблема с флотом.

Та, что мы называем «грязью».

Для тех их вас, кто не знаком
с жаргоном моряков,

грязь — это водоросли, ракушки
и прочие морепродукты,

застревающие в кораблях и подлодках.

Чтобы предотвратить загрязнение,

суда покрывали токсичными веществами,
такими как тяжёлые металлы.

Но они не так эффективны,

как раньше.

И мы хотим очистить эти суда,

потому что грязь на них

снижает их эффективность,

и врагам становиться легче их обнаружить.

Хорошего в этом мало.

Управление военно-морских исследований США

в прошлом году пригласило моего коллегу
доктора Энтони Бреннана,

чтобы он придумал решение этой проблемы

без использования тяжёлых металлов.

К тому времени д-р Бреннан уже исследовал,

как шероховатость поверхности

может помешать водорослям
приклеиваться к судам.

Но ему было нелегко.

В итоге, водоросли научились приставать

ко всем придуманным им поверхностям.

Однажды Бреннан оказался
на конференции в Гавайях

и заметил кое-что очень интригующее.

Взгляните на три этих животных:

ламантина, кита и акулу.

Что-нибудь заметили?

Да. Правильно.

Кит и ламантин грязные,

тогда как акула кристально чистая.

Этот феномен присущ всем видам акул.

Когда в следующий раз вы будете смотреть

«Неделю Акул», вы заметите,
что каждая акула

просто как новенькая.

(Смех)

Почему так?

Бреннан решил это выяснить.

Так что с несколькими отважными студентами

он отправился на поиски акулы.

(Смех)

Они нашили одну на мелководье,

взяли образец её кожи и сделали
медицинское заключение.

Не беспокойтесь.

Акула не пострадала, хотя я уверен,
что ей это не особо понравилось.

(Смех)

Студенты доставили образец в лабораторию
и подставили его под микроскоп.

Вот он!

Акулья кожа состоит из маленьких зубчиков,

наложенных друг на друга, что создаёт
на коже повторяющийся ромбовидный рисунок.

В добавок к этому изобретению

Бреннан со своей командой обратил внимание
на текстура этих зубчиков,

которая по сути
и обеспечивает чистоту акул.

Как микробиологу и специалисту
по инфекционным заболеваниям

мне этот феномен кажется захватывающим.

Я потратил годы, пытаясь сделать
поверхности идеально чистыми,

особенно поверхности
медицинского оборудования.

Это серьёзная проблема для больниц.

Например, бактерии, которые,
как правило, не представляют угрозы,

оказываются там, где им не место,

в результате медицинской процедуры.

Бывает, что во время и после операции

бактерии попадают на медицинское
оборудование, задерживаются там

и вызывают серьёзное заражение,

делая выздоровление
практически невозможным.

Взгляните на эти хирургические нити,

используемые при зашивании
после операции на открытом сердце.

Заметили крошечные скопления
бактерий на проволке?

Этот пациент долго не мог вылечиться,

пока те нити не были удалены
и не заменены чистыми.

Знаете, раньше мы...

просто добавляли антибиотики,
чтобы справиться с инфекциями.

И это работало превосходно.

Правда, недолго...

В итоге бактерии были подвержены
влиянию антибиотиков так часто,

что адаптировались к ним.

Выживание играет
ключевую роль в эволюции,

и мы как раз об этом сейчас и говорим:

об эволюции бактерий.

Возможно, вы слышали он ней в новостях.

Это называется «устойчивость
к противомикробным препаратам».

Центр по контролю и профилактике
заболеваний США

назвал это явление

одной из главных проблем
общественного здравоохранения.

Болезни, которые раньше были излечимы,

больше неизлечимы.

Только в США каждый год

более двух миллионов человек заражаются
устойчивыми к лекарствам бактериями,

и более 23 000 человек умирают от них.

Фармацевтическая индустрия

торопится изобрести всё больше
и больше антибиотиков,

отчаянно пытаясь побороть устойчивость
к лекарственным препаратам.

Но бактерии и микробы

развиваются гораздо быстрее, чем мы можем
разработать способы их уничтожения.

Очевидно то, что эра антибиотиков
подходит к концу.

Так что мы должны взглянуть
на ситуацию по-новому.

Что, если вместо того, чтобы уничтожать
бактерии после заражения,

мы с самого начала

урежем для них возможность
попадания на медоборудование?

Другими словами,

мы вообще не дадим им оказаться на нём.

Это возвращает меня к тому,
чему мы научились у акул.

Это текстура акульей кожи, которая делает
её устойчивой к загрязнению.

Что будет, если мы изменим текстуру
медицинского оборудования,

сделав его устойчивым к бактериям,
из-за которых столько проблем?

Д-р Беннан знал, что он сделал
большое открытие для медицины.

И прямо здесь, в Денвере, Колорадо,
он позвал надёжных друзей,

и они основали компанию,
назвав её Sharklet Technologies.

В 2013 году я присоединился к ним.

И вместе мы разработали поверхности
на основе акульей кожи,

чтобы предотвратить заражение
и прочие осложнения.

Наш первый продукт —
урологический катетер,

который врачи начали использовать
только в прошлом году.

(Аплодисменты)

Взгляните на эти иллюстрации.

Та поверхность, что слева — гладкая,

а та, что справа — поверхность
наподобие акульей кожи.

Обратите внимание, как много
бактерий в первом варианте,

и сравните его со вторым.

Это потому, что текстура,
подобная акульей коже,

является неблагоприятной средой для
попадания и распространения бактерий.

Это работает на акулах,
и это также применимо здесь,

потому что эта текстура делает
поверхность максимально оптимальной.

Термин «энергия поверхности»

на самом деле описывает её свойство.

Оно может включать в себя взаимодействие
с водой или жёсткость материала.

Шероховатость, выполненная
по акульему подобию,

создаёт поверхность с большей
поверхностной энергией.

Мы постоянно сталкиваемся
с изменениями в энергии поверхности.

Нередко мы просто этого не замечаем.

Например, нам нравится, когда капли дождя
падают на машину и скатываются с неё.

И лучше всего это происходит
при восковом покрытии.

Воск это материал с большой
поверхностной энергией.

Только мы не можем покрыть
медоборудование воском,

но мы можем изменить текстуру
его поверхностей.

И это работает на всех типах
медицинского оборудования,

от катетеров до электрокардиостимуляторов,

и это эффективно в борьбе
со всеми видами бактерий и микробов.

Выходит,

мы можем сделать больше, чем
антибактериальное медоборудование.

Мы можем предотвратить прочие осложнения,

поняв силу поверхностной энергии,

например при закупорке сосудов,

чрезмерном свёртывании крови

и недостатке признаков выздоровления.

Следующее поколение
медицинского оборудования

на основе акульей кожи

расширит возможности для изобретения
наилучших мединструментов.

Суть проблемы в том,

что мы создаём всякого рода сложное
медицинское оборудование,

включая инструменты,
накачивающие жидкость в кровь,

регулирующие сердцебиение

или даже стимулирующие
мозговую активность.

Но неприятности случаются,

когда это оборудование не взаимодействует
нормально с нашим организмом.

Мы обнаружили,

что можем улучшить наше медоборудование,

слегка подстраивая характеристики
поверхностной энергии,

например, для предотвращения
чрезмерного свёртывания,

которое возникает на гладкой поверхности

в отличие от акулоподобной текстуры.

Это означает, что мы можем достичь
необходимой поверхностной энергии

в применении к медицине

для предотвращения осложнений,

и всё благодаря акулам.

В итоге, по мере того, как мы продолжим
разрабатывать умные поверхности,

мы всё меньше будем
нуждаться в антибиотиках,

в химических продуктах
и всяких сложных добавках,

и это сделает жизнеспасающие
медицинские технологии

безопаснее для всех нас.

Это инновация в чистом виде.

Но это также хорошее напоминание о том,

как важно следовать незаметным подсказкам,

хранящимся в первозданных тайнах
мира вокруг нас.

Спасибо.

(Аплодисменты)