3 октября 2021

Как используют антимикробное покрытие в имплантологии

Распыление покрытия для предотвращения инфекций

После смешивания самособирающихся полимеров с антибиотиками покрытие для предотвращения инфекций распыляется на человеческие интрамедуллярные имплантаты бедра с помощью простого флакона для духов. Предоставлено: лаборатория Сегура и лаборатория Берты.

Новое хирургическое покрытие имплантата, адаптированное для индивидуальных пациентов и требующее менее 10 минут для подготовки и использования, предотвратило 100% инфекций у мышей.

Биомедицинские инженеры и хирурги из Университета Дьюка и Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе продемонстрировали антибиотическое покрытие, которое можно наносить на ортопедические имплантаты за несколько минут до операции, что исключает вероятность инфицирования имплантата.

В ранних испытаниях на мышах покрытие предотвращало все последующие инфекции, даже без введения антибиотиков в кровоток, что является нынешним стандартом лечения. Через 20 дней покрытие не уменьшило способность кости срастаться с имплантатом и полностью абсорбировалось организмом.

Имплантаты, покрытые антибиотиками

Антибиотик рифампицин, смешанный с самособирающимся раствором полимеров, наносится на интрамедуллярные имплантаты бедра человека. Ранние испытания на мышах показали, что через 20 дней такой подход не повлиял на способность кости срастаться с имплантатом, полимер полностью абсорбировался организмом, а антибиотики предотвратили 100% инфекций. Предоставлено: лаборатория Сегура и лаборатория Берты. Фото: scitechdaily.com

Результаты были опубликованы 16 сентября 2021 года в журнале Nature Communications.

Проект начался, когда Татьяна Сегура, профессор биомедицинской инженерии в Duke, встретила Николаса Бернталя, временного председателя и исполнительного медицинского директора Медицинской школы Дэвида Геффена в Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе, который специализируется на детской ортопедической онкологии и хирургии. Он сказал Сегуре, что у многих детей, получающих лечение от рака костей, удаляются большие части кости, для чего требуются ортопедические имплантаты. Но поскольку пациенты обычно также проходят химиотерапию, их иммунная система слаба, и они особенно уязвимы для бактерий, колонизирующих поверхность имплантата.

«Эти дети сталкиваются с выбором: пройти химиотерапию или спасти свою конечность или даже иногда нуждаться в ампутации, чтобы выжить, что для меня ужасно», — сказал Сегура. «Все, что им действительно нужно, это что-то натереть имплант, чтобы предотвратить распространение инфекции, потому что предотвратить инфекцию намного проще, чем лечить ее. Поэтому мы разработали эту технологию покрытия, которая, как мы надеемся, станет решением».

Как используют антимикробное покрытие в имплантологии

Фото: scitechdaily.com

Однако инфекции имплантатов не уникальны для детей или больных раком. Например, при операциях по замене суставов инфекция встречается в 1% первичных и до 7% повторных операций, что требует повторных повторных операций и длительного внутривенного введения антибиотиков. Однако лечение не всегда работает, поскольку у этих пациентов пятилетний риск смертности выше, чем у пациентов с диагнозом ВИЧ/СПИД или рак груди. По оценкам, только в США инфекции имплантатов обходятся системе здравоохранения более чем в 8,6 млрд долларов в год.

Часть проблемы лечения этих инфекций заключается в том, что бактерии колонизируют поверхность самих имплантатов. Это означает, что нет кровеносных сосудов, протекающих через бактериальные колонии, чтобы доставлять антибиотики, проходящие через вены пациента. Единственным выходом часто является удаление оригинального имплантата, который обычно является лучшим из того, что является только плохим вариантом.

Некоторые врачи прибегают к своим собственным решениям, например, используют порошок антибиотика при закрытии хирургической раны или вводят костный цемент, используемый для удержания имплантата на месте, с помощью антибиотиков. Ни одна из этих тактик не доказала свою клиническую эффективность.

Производители имплантатов также могут добавлять в свои устройства антибиотические свойства. Но это значительно сократит срок годности продукта, а также потребует длительного и сложного процесса утверждения FDA, так как тогда имплантаты будут относиться к новой классификации. Новое антибиотическое покрытие Segura позволяет обойти все эти проблемы.

Отверждение антибиотического покрытия

Смесь самособирающихся полимеров и антибиотиков излечивается на человеческих интрамедуллярных имплантатах бедра с использованием портативного источника света. Предоставлено: лаборатория Сегура и лаборатория Берты.

«Мы показали, что покрытие, выделяющее антибиотики, защищает имплантаты от бактериального заражения и может быть быстро и безопасно применено в операционной без необходимости модификации существующих имплантатов», — сказал Кристофер Харт, врач-резидент в UCLA Orthopaedic Surgery, который помогал проводить эксперименты.

Составы покрытий

  • Новое противомикробное покрытие состоит из двух полимеров, один из которых отталкивает воду, а другой хорошо смешивается с водой. Оба препарата смешиваются в растворе с антибиотиком по выбору врача, а затем наносятся непосредственно на ортопедический имплант путем окунания, окраски или распыления.
  • Под воздействием яркого ультрафиолетового света два полимера соединяются вместе и самоорганизуются в решетчатую структуру, которая улавливает антибиотики.
  • Реакция является примером «щелочной химии», которая представляет собой общий способ описания реакций, которые происходят быстро при комнатной температуре, производят только один продукт реакции, имеют чрезвычайно высокий выход и протекают в одном контейнере.

«Это исследование является прекрасным примером силы химии щелчков в биомедицинских приложениях», — сказал Вэйсянь Си, в настоящее время старший научный сотрудник Illumina, который во время исследования был научным сотрудником Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. «Это «умное» полимерное покрытие обеспечивает защиту имплантатов от бактериальной инфекции и делает возможным индивидуальный подход».

Как используют антимикробное покрытие в имплантологии

Фото: scitechdaily.com

«Наше покрытие можно персонализировать, потому что в нем можно использовать практически любой антибиотик», — продолжил Сегура. «Антибиотик может быть выбран врачом в зависимости от того, в какую часть тела имплантируется устройство, и какие патогены распространены в любой части мира, в которой проводится операция».

Полимерная сетка Click Chemistry также имеет сродство к металлу. Испытания с использованием различных типов имплантатов показали, что покрытие очень трудно стереть во время хирургических вмешательств. Однако, попав в организм, условия вызывают разложение полимера, медленно высвобождая антибиотики в течение двух-трех недель.

В ходе исследования исследователи тщательно протестировали покрытие на мышах с имплантатами ног или позвоночника. Через 20 дней покрытие не препятствовало прорастанию кости в имплантат и предотвратило 100% инфекций. Исследователи говорят, что этого периода времени достаточно, чтобы предотвратить возникновение подавляющего большинства этих типов инфекций.

Исследователи еще не тестировали их покрытие на более крупных животных. Поскольку более крупные животные, такие как люди, имеют более крупные кости и нуждаются в более крупных имплантатах, существует гораздо большая площадь поверхности для защиты от бактериальных инфекций. Но исследователи уверены, что их изобретение соответствует поставленной задаче, и планируют предпринять шаги, необходимые для коммерциализации продукта.

«Мы считаем, что эта трансдисциплинарная работа представляет будущее хирургических имплантатов, обеспечивая покрытие точки нанесения, которое превращает имплантат из очага инфекции в« умное »противомикробное средство», — сказал Бернталь. «Вам нужно вылечить только одного пациента с инфицированным имплантатом, чтобы понять, насколько это может изменить ситуацию с уходом за пациентом, спасая как жизни, так и конечности для многих».

Источник

Метки:



Ксеноботы – первые роботы способные к воспроизведению

Ксеноботы, созданные искусственным интеллектом, открывают совершенно новую форму биологической самовоспроизведения, многообещающую для регенеративной медицины. Чтобы существовать, жизнь должна воспроизводиться. За миллиарды лет организмы развили множество способов размножения, от бутонизированных растений до половых животных и вторгшихся вирусов. Теперь ученые открыли совершенно новую форму биологического воспроизводства и применили свое открытие для создания первых в мире самовоспроизводящихся живых…

Как деменция связана с повышенным пульсом

Концепция анализа деменции снижения мозга Повышенная частота сердечных сокращений в покое в пожилом возрасте может быть независимым фактором риска деменции, согласно исследованию Каролинского института в Швеции, опубликованному в журнале Alzheimer’s & Dementia: The Journal of the Alzheimer’s Association. Поскольку частоту сердечных сокращений в состоянии покоя легко измерить и ее можно снизить с помощью упражнений или…

Как бороться с потерей мышечной массы

Причины ослабления мышц С возрастом мы начинаем терять мышечную массу и функции. Когда это снижение является более обширным или быстрым, чем ожидалось, оно классифицируется как саркопения, распространенное состояние у пожилых людей, которое часто снижает качество их жизни и увеличивает риск падений и переломов костей. Исследователи из Каролинского института изучили, как различные факторы, такие как пол,…

Как выглядят живые бактерии

Изображения живых бактерий Исследователи UCL сделали самые четкие изображения живых бактерий, которые показали сложную архитектуру защитного слоя, который окружает многие бактерии и усложняет их уничтожение антибиотиками. Исследование, опубликованное сегодня (25 октября 2021 г.) в Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA и проведенное в сотрудничестве с учеными из Национальной физической лаборатории, Королевского…

Взгляд на то как клетки меняются в результате болезни

Новый «конвейер анализа изображений» дает ученым возможность быстро понять, как болезнь или травма изменили тело, вплоть до отдельной клетки. Он называется TDAExplore, который берет подробные изображения, полученные с помощью микроскопии, объединяет их с горячей областью математики, называемой топологией, которая дает представление о том, как устроены вещи, и аналитическую мощь искусственного интеллекта, чтобы дать, например, новый…