کاهش خطر ابتلا به عفونت ادراری با سوند طراحی‌شده توسط هوش مصنوعی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از ساینتیفیک امریکن، سالانه بیش از ۱۰۰ میلیون نفر در سراسر جهان نیازمند استفاده از سوند یا کاتتر ادراری می‌شوند که در قالب لوله‌های توخالی قابل انعطاف برای تخلیه مثانه و جمع‌آوری ادرار در یک کیسه، استفاده می‌شود.

به ویژه بعد از انجام عمل جراحی، سوند ادراری حکم یک ابزار نجات‌بخش را دارد. با این حال، بسیاری از بیمارانی که تجربه استفاده از آن را دارند (حدود یک چهارم در کشور‌های توسعه‌یافته و حدود یک هشتم در ایالات متحده آمریکا)، ممکن است به نوعی عفونت ادراری مبتلا شوند که معمولاً ناشی از تجمع باکتری در داخل لوله کاتتر است.

اکنون به لطف هوش مصنوعی، محققان سوند‌هایی طراحی کرده‌اند که به گفته آن‌ها می‌تواند بدون توسل به آنتی‌بیوتیک، آلودگی باکتریایی را تا بیش از 100 برابر کاهش دهد. فضای داخلی این لوله‌ها با اشکال هندسی سه بعدی پوشیده شده که به جلوگیری از کشش باکتری کمک می‌کند.

در سوند‌های معمولی، هیچ شکل فیزیکی‌ای داخل لوله وجود ندارد و این راهگشای ورود و کلون‌سازی باکتری‌ها در فضای داخلی است. 

 با تشکیل کلونی‌های باکتری در سوندی که داخل مثانه کار گذاشته شده است، آن‌ها وارد دستگاه ادراری و منجر به عفونت می‌شوند.

در گذشته، گاهی پیش می‌آمد که پزشکان برای میکروب‌زدایی، سطح داخلی لوله سوند را با آنتی‌بیوتیک یا فلزاتی مانند نقره بپوشانند. اما چنین شیوه‌هایی یا گرانند و یا مقاومت آنتی‌بیوتیکی ایجاد می‌کنند.

تجهیزات جدید برای دفع میکروب نیازمند پوشش‌های تخصصی (آنتی‌بیوتیک و نقره) نیستند و جای آن‌ها را اشکال هندسی ساده می‌گیرد.

این اشکال که با چاپگر سه‌بعدی ساخته شده‌اند، مجموعه‌ای از برجستگی‌های کوچک، تیز و مثلثی شکلند که دو طرف لوله سوند صف کشیده و به ایجاد راهی پر مانع در مسیر ورود باکتری منجر می‌شوند.

در حرکت به سوی مثانه، باکتری با این برجستگی‌های میخ‌مانند برخورد می‌کند و دوباره به سمت پایین لوله سر می‌خورد. این طراحی به دلیل عدم نیاز به آنتی‌بیوتیک‌های غیرضروری هزینه استفاده از سوند را کاهش می‌دهد و به افزایش زمان استفاده از آن منجر می‌شود.

 برای ساخت یک لوله کاملاً ضدباکتری، دانشمندان از هوش مصنوعی برای غربالگری ده‌ها هزار مدل دیجیتالی استفاده کردند. مدلی که در نهایت با استفاده از چاپگر سه‌بعدی ساخته شد، بعد از آنکه ۲۴ ساعت در معرض باکتری اشریشیا کلی (باکتری اشریشیا کلی (E. Coli) به‌طور معمول در روده افراد و حیوانات سالم زندگی می‌کند) قرار گرفت، به دقت آزمایش شد. نتیجه آنکه در مقایسه با مدل‌های موجود در بازار، مقدار کلونی‌های باکتریایی ساخته‌شده در این سوند، ۱۰۰ برابر کمتر بود.

 این سوند اکنون فقط در برابر اشریشیا کلی مصونیت دارد که یکی از شایع‌ترین دلایل ابتلا به عفونت ادراری است و تلاش برای ارتقای محصول و مصونیت در برابر سایر باکتری‌ها همچنان ادامه دارد.