تطوير تصميم جديد للقسطرة البولية للحد من العدوى

لطالما كان أحد أكثر أنواع العدوى البكتيرية شيوعًا في مرافق الرعاية الصحية، تلك التي تأتي من دخول البكتيريا إلى الجسم من خلال القسطرة. وهي أنابيب رفيعة يتم إدخالها في المسالك البولية. ورغم أن القسطرة مصممة لسحب السوائل من المريض، فإن البكتيريا قادرة على دفع نفسها للأعلى ودخول الجسم عبر أنابيب القسطرة. ما يتسبب في العديد من حالات التهابات المسالك البولية المرتبطة بالقسطرة. وقد نجح الباحثون بمساعدة الذكاء الاصطناعي في تطوير تصميم جديد للقسطرة للحد من العدوى البكتيرية.

تصميم جديد للقسطرة البولية لمنع العدوى

استهدف مشروع متعدد التخصصات في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا تصميمًا من نوع جديد لأنابيب القسطرة التي تعيق حركة البكتيريا، دون الحاجة إلى المضادات الحيوية أو غيرها من الطرق الكيميائية المضادة للميكروبات. ونتيجة لذلك التصميم الجديد، الذي تم تحسينه بواسطة تقنية الذكاء الاصطناعي الجديدة (AI)، انخفض عدد البكتيريا القادرة على الحركة عكس التيار في التجارب المعملية بمقدار 100 ضعف.

في أنابيب القسطرة، يظهر السائل ما يسمى بالتدفق Poiseuille. وهو تأثير تكون فيه حركة السائل أسرع في المركز لكن تكون بطيئة بالقرب من الجدار. تُظهر البكتيريا، باعتبارها كائنات ذاتية الدفع، حركة فريدة (خطوتان للأمام على طول الجدار، مع خطوة واحدة للخلف في المنتصف). ما يساعد تقدمها للأمام في الهياكل الأنبوبية.

في هذه الدراسة، صمم الفريق أنابيب ذات نتوءات مثلثة، مثل زعانف سمك القرش، على طول الجزء الداخلي من جدران الأنبوب. أسفرت عمليات المحاكاة عن نتائج واعدة، إذ أعادت هذه الهياكل الهندسية توجيه الحركة البكتيرية بشكل فعال، لمنعها من دخول الجسم. كما أدى انحناء المثلثات الذي يشبه الزعانف إلى توليد دوامات أدت إلى زيادة تعطيل تقدم البكتيريا.

استند التصميم الجديد للقسطرة إلى تقنية الذكاء الاصطناعي. وكانت هذه التكنولوجيا قادرة على تسريع تحسين تصميم القسطرة البولية Urinary catheter بحيث لا تتطلب أيامًا بل دقائق. اقترح النموذج الناتج تعديلات على التصميم الهندسي. ما أدى إلى تحسين الشكل المثلثي بطريقة أفضل لمنع المزيد من البكتيريا من السباحة ضد التيار ودخول الجسم. كما عزز التصميم النهائي فعالية الأشكال المثلثية الأولية بنسبة 5% إضافية في عمليات المحاكاة.

ختامً، يعد تطوير تصميم جديد للقسطرة البولية تقدمًا في مجال الوقاية من العدوى البكتيرية المرتبطة بالقسطرة، دون الحاجة إلى المضادات الحيوية. وبذلك يمكن المساعدة في تقليل حالات العدوى وتحسين سلامة المرضى في المستشفيات.