Разработчик антимикробных материалов COPPER3D (http://copper3d.com/) разработал новое 3D-печатное устройство для грудного вскармливания. Устройство, изготовленное из фирменного материала PLACTIVE компании Copper3D, предназначено для кормления ребёнка грудью, деактивируя ВИЧ, если он присутствует в грудном молоке.
В новом материале используются добавки на основе нано-меди для придания антимикробных свойств стандартному PLA-пластику. Предыдущие исследования уже доказали эффективность материала, побудив COPPER3D разработать модель для конечного использования за пределами лаборатории.
По данным ВОЗ, на конец 2018 года в мире 37,9 миллиона человек жили с ВИЧ. При этом 8,1 миллиона из них не знали, что у них есть заболевание. По данным ЮНИСЕФ, в 2017 году число детей и подростков, живущих с ВИЧ, достигло 3 миллионов, из которых 430 000 были вновь инфицированы и 130 000 умерли по причинам, связанным со СПИДом. По данным ЮНЭЙДС, в 2018 году 26 000 новых случаев ВИЧ-инфекции среди детей в возрасте 0–14 лет стали результатом прекращения лечения во время беременности и кормления грудью.
Грудное вскармливание является ключевым способом передачи ВИЧ в развивающихся странах, где нет деактивирующих лекарств и адекватного образования. Контроль и минимизация передачи грудного вскармливания значительно снизили бы уровень ВИЧ-инфекции у маленьких детей, у которых в противном случае не было бы другого выбора, кроме как подвергнуться воздействию вируса.
Д-р Клаудио Сото (Claudio Soto), медицинский директор COPPER3D, заявил: «Понимание глобальной проблемы статистики ВИЧ и анализ роли, которую наши антимикробные материалы могут играть в сдерживании передачи вируса ВИЧ, заставили нас подумать, что мы могли бы разработать устройство, которое действовало бы как интерфейс между матерью и ребенком для предотвращения распространения этого вируса при кормлении грудью, которое является одним из основных путей заражения».
Добавки и фильтры на основе меди деактивируют ВИЧ, направленно действуя против протеазы, которая необходима для репликации. Ионы меди разлагают фосфолипидную плазматическую мембрану вируса и денатурализуют нуклеиновые кислоты вируса. Это может значительно замедлить рост вируса, но в то же время сопряжено со своими проблемами. Грудное молоко, насыщенное ионами меди, в настоящее время имеет неизвестные уровни токсичности, пищевая деградация молока неизвестна, и в настоящее время изучается необходимое время контакта между вирусом и PLACTIVE для значительной деактивации.
Чтобы решить эти проблемы, команда COPPER3D инициировала два направления исследований. Первая часть проекта была направлена на определение того, насколько эффективен PLACTIVE против образцов ВИЧ-инфицированного грудного молока. Вторая часть была сфокусирована на разработке объекта, который мог бы действовать как интерфейс от матери к ребенку и оптимизировать вирусную деактивацию ВИЧ в загрязненном грудном молоке.
Команда COPPER3D заказала лабораторное исследование, в котором участвовала простая слепая, рандомизированная и положительная/отрицательная контрольные группы. Двадцать образцов ВИЧ-1 были обработаны и случайно распределены в группах А, В и контрольных группах. Образцы A и B помещали в 3D-напечатные с помощью PLACTIVE коробки с площадью поверхности 40 кв. см. Образцы экспонировали в течение 15, 60, 120 и 900 секунд к PLACTIVE поверхностям.
Даниэль Мартинес (Daniel Martínez), директор по инновациям COPPER3D, пояснил: «Предварительные результаты показали снижение репликации вируса до 58,6% путем простого экспонирования образцов в 3D-напечатных коробках, содержащих наночастицы меди. Пятнадцати секунд экспозиции было достаточно для достижения такого сокращения. Эти данные позволяют сделать вывод, что, увеличив поверхность контакта в 10 раз, мы могли бы получить гораздо более высокие уровни деактивации, очень близкие к 100%, и согласно нашим расчетам, наиболее вероятно, менее чем за 5 секунд».
По словам COPPER3D, этот проект был первым в своем роде, изучившим деактивацию ВИЧ с использованием полимеров с антимикробной нанотехнологией меди посредством 3D-печати. Успех эксперимента привел к созданию устройства для конечного использования, деактивирующего ВИЧ.
Устройство опирается на проверенные антимикробные возможности нано-медных материалов. Благодаря максимизации площади поверхности и времени, в течение которого инфицированное молоко находится в контакте с PLACTIVE, деактивация ВИЧ может быть максимально увеличена до такой степени, что она перестает быть заразной для ребенка, находящегося на грудном вскармливании. Устройство увеличивает площадь контакта примерно в 10 раз, используя многоуровневую конструкцию, имитирующую структуру желудочно-кишечного тракта. Команда стремится получить окончательную, полностью функциональную модель в 2020 году.
Хорхе Зунига (Jorge Zuniga), доктор философии, доцент кафедры биомеханики в Университете штата Небраска, говорит: «COPPER3D вновь значительно изменил область применения медицинских устройств, создав это революционное устройство, которое может оказать огромное влияние на снижение передачи ВИЧ от матери ребенку. Нашей лаборатории повезло стать партнером COPPER3D в столь значительном проекте».
COPPER3D - не единственная компания, которая разрабатывает антимикробные материалы для 3D-печати. STERNE, французский производитель силикона, ранее выпустил антимикробный силикон, который противостоит образованию бактерий как внутри, так и снаружи 3D-печатной продукции. В Греции исследователи разработали антимикробные 3D-раневые повязки для печати с заживляющими свойствами. С появлением новых вирусов, возможно, исследование решений 3D-печати в ближайшие годы может дать значительные результаты в области эпидемиологии.