Ученые из университета Джона Хопкинса создали и протестировали на лабораторных животных нановолоконное покрытие с антибиотиками, которое планируют использовать для искусственных суставов и пластин с целью предупреждения бактериальной инфекции.
Ученые утверждают, что технология может использоваться в различных областях медицины – травматологии, ортопедии, кардиологии, стоматологии и др. В отличие от существующих покрытий, новый материал содержит комплекс антибиотиков. Это предотвращает инфицирование и развитие бактериальной флоры.
Уж много лет хирурги и биомедицинские инженеры ищут наилучший способ снижения уровня бактериального инфицирования. Банальная инфекция является наиболее распространенным осложнением при постановке искусственных коленных, тазобедренных и плечевых суставов.
Каждый год только в одних США проводят до миллиона операций по установке тазобедренных и коленных суставов. Из них 2% осложняются бактериальной инфекцией. Микроорганизмы формируют на поверхности суставов биологические пленки, плотные образования из белков, углеводов и ДНК, которые невозможно уничтожить.
Сразу после операций остеосинтеза, эндопротезирования суставов, острую бактериальную инфекцию подавляют с помощью внутривенного вливания антибиотиков. Иногда процесс переходит в хроническую стадию. В таких случаях имплантат удаляют, назначают длительный курс лечения антибиотиками, затем вновь предстоит операция по установке эндопротеза. Один курс лечения для избавления от биопленок составляет в США около 100 тысяч долларов.
Негативные побочные эффекты стараются побороть с помощью локального использования антибиотиков. Медикаменты примешивают в цемент, наносят в виде порошка или микрошариков на поверхность медицинских устройств. Однако желаемый результат не достигнут из-за отсутствия контроля над распространением препарата. А также невозможности использовать несколько видов антибиотиков. Новая технология поможет решить эти проблемы.
На протяжении трех лет ученые разрабатывали тонкое пластиковое покрытие, которое может освобождать несколько типов антибиотиков с различной скоростью. Покрытие представляет собой тонкую сеть из нановолокон на пленке. Все компоненты состоят из биоразлагаемых полимеров, которые давно используются в шовном материале, костный пластинах и системах доставки лекарств.
Для проверки возможности покрытия в предотвращении инфекции при эндопротезировании ученые «напитали» нановолокна рифампицином в комбинации с ванкомицином и даптомицином. Нановолокна были рассчитаны на выделение ванкомицина с даптомицином от 7 до 14 дней и римфамицина – от 3 до 5 дней.
Руководитель проекта Ллойд Миллер говорит: «Римфапицин отлично справляется с биопленками, но не может использоваться в чистом виде из-за того, что бактерии быстро вырабатывают к нему устойчивость. Комбинация антибиотиков решает проблему резистентности».
Новое покрытие было испытано на спице Киршнера – тип штифта, который используется в ортопедической хирургии для фиксации костных отломков. Спицы поместили в коленные суставы лабораторных крыс, предварительно осеменив золотистым стрептококком. Это бактерия наиболее часто становится причиной хронический инфекции в ортопедической хирургии. В генетический код бактерии был внедрен люминесцентный ген, который позволил отслеживать рост бактериальной колонии.
По сообщениям профессора Миллера на 14 день после операции у всех мышей в контрольной группе регистрировалось инфицирование всех тканей вокруг сустава, причем 80% бактерий находились на поверхности штифта. В то же самое время у мышей со штифтами с защитным покрытием не было обнаружено ни одного признака инфицирования и роста бактерий.
Профессор Миллер говорит: «Этим покрытием нам удалось полностью уничтожить бактерии. Другие подходы и методики позволяют только уменьшить количество бактерий и лишь затормозить воспалительный процесс».
После двух недель штифты и окружающие ткани были изъяты для дальнейших исследований. Ученые обнаружили, что новое покрытие не только предотвратило распространение инфекции, но также снизило потерю костной массы вокруг штифта.
Профессор Миллер подчеркнул, что необходимы более широкие исследования для тестирования безопасности и эффективности нового покрытия на имплантируемых устройствах, предназначенных для человека. А также разработка оптимальной комбинации антибиотиков для различных случаев – при первой постановке искусственного сустава, повторной установке, при наличии хронического очага инфекции и многое другое.
Результаты исследования опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
replaced.ru