211service.com
Bezpieczniejsze wymiany stawów
Infekcje wynikające z operacji wymiany stawów są kosztowne i potencjalnie śmiertelne. Teraz naukowcy z MIT opracowują powłoki do implantów medycznych, które mogą być obciążone wieloma lekami, w tym uwalnianymi z czasem antybiotykami. Proces ten polega na nakładaniu warstw antybiotyków, które są uwalniane w krótkim czasie, na trwale antybakteryjny polimer, który ma zapobiegać infekcjom przez długi czas.
Bakterie zniknęły: Nagi substrat na górze jest całkowicie skolonizowany przez bakterie S. aureus po godzinie zanurzenia w osoczu krwi. Podłoże na spodzie ma warstwy powłok antybakteryjnych i po takiej samej ekspozycji jest wolne od bakterii.
Około jeden procent operacji wymiany stawu kolanowego i biodrowego kończy się infekcją; liczba ta wzrasta do trzech do pięciu procent w przypadku drugich operacji. To niski wskaźnik, ale jeśli jesteś jedną na sto osób, które zarażają się, komplikacje są katastrofalne, mówi Lloyd Miller , adiunkt chirurgii ortopedycznej na Uniwersytecie Kalifornijskim w Los Angeles. Cała zainfekowana tkanka i sprzęt muszą zostać usunięte chirurgicznie i zastąpione blokiem antybiotykowym; pacjent nie może chodzić przez sześć do ośmiu tygodni podczas leczenia antybiotykami dożylnymi w celu wyeliminowania wszelkich śladów infekcji; a następnie wykonywana jest operacja rewizyjna. Powikłania spowodowane infekcją są również niezwykle kosztowne. Wymiana stawu kosztuje w Stanach Zjednoczonych około 30 000 USD, ale radzenie sobie z infekcjami może podnieść rachunek do prawie 150 000 USD.
Większość infekcji ma miejsce, gdy bakterie dostają się do organizmu wraz z implantem. Ale sztuczne stawy mogą ulec zakażeniu wiele lat później, gdy bakterie zostaną wprowadzone do krwiobiegu podczas prac dentystycznych, kolonoskopii i innych zabiegów, mówi Miller, który nie jest związany z grupą MIT. Powłoki ortopedyczne, które oprócz przejściowej powłoki antybiotykowej mają trwałe właściwości antybakteryjne, mogą chronić pacjentów.
Chociaż opracowano już powłoki antybiotykowe dla wielu innych urządzeń medycznych, powłoki na stawy stanowią szczególne wyzwanie. W przeciwieństwie do stentów i innych urządzeń, które są statyczne, stawy muszą mieć możliwość poruszania się. Dlatego powłoka nie może być zbyt gruba i nie może przeszkadzać w artykulacji stawu.
Badacze kierowani przez Paula Hammond , profesor inżynierii chemicznej na MIT, wykorzystuje technikę powlekania polimerów, zwaną łączeniem warstwa po warstwie, do umieszczania dużych stężeń leków w powłokach implantów, nie czyniąc ich zbyt grubymi. Zespół Hammonda tworzy te filmy poprzez zanurzanie implantu naprzemiennie w roztworach ujemnie i dodatnio naładowanych cząsteczek, takich jak polimery i leki. Różnica w ładunku powierzchniowym mocno trzyma każdą warstwę w stosunku do warstw znajdujących się powyżej i poniżej. Proces ten prowadzi do bardzo cienkich warstw materiałów, o grubości rzędu kilkudziesięciu nanometrów. Leki zostaną uwolnione, gdy polimery ulegną biodegradacji w organizmie.
Naprzemienne warstwy leków z warstwami biodegradowalnego polimeru, zamiast mieszania polimeru z lekiem i nakładania mieszaniny na implant, daje w wyniku cieńszą powłokę, która zawiera wyższy udział leku — nawet o 50 procent, niż zwykle 4 proc. Powłoki te można wytwarzać w niskich temperaturach i w wodzie, a nie w trudnych warunkach zwykle wymaganych przy przetwarzaniu polimerów. Oznacza to, że są kompatybilne z szerszą gamą delikatnych cząsteczek, w tym z lekami białkowymi i terapeutycznym RNA.
To, co wyróżnia tę technologię, to obietnica możliwości sekwencyjnego uwalniania różnych leków w kontrolowany sposób, mówi Myron Spector , profesor chirurgii ortopedycznej w Harvard Medical School. Pacjenci, którzy mają słaby układ naczyniowy, który może zaburzać wzrost kości, w tym diabetycy i nałogowi palacze, mogą odnieść korzyści z powłok, które oprócz antybiotyków uwalniają leki stymulujące tworzenie kości lub wzrost naczyń krwionośnych.
Trwała warstwa polimeru przeciwdrobnoustrojowego, na której Hammond buduje folie uwalniające lek, została wcześniej opracowana przez: Aleksander Klibanow , profesor chemii na MIT. Kiedy te polimery są obecne na powierzchni, bakterie giną pod wpływem uderzenia – polimer rozrywa błonę komórkową i jelita bakterii wylewają się, mówi Hammond. Po zanurzeniu w roztworze bakterii gronkowca na dwa tygodnie inny substrat, nietraktowany warstwami antybiotyków, został całkowicie skolonizowany przez bakterie pod koniec pierwszej godziny. Żadna bakteria nie osiadła na powierzchni polimeru Klibanowa potraktowanego filmami Hammonda przez okres dwóch tygodni, nawet po degradacji warstw uwalniających lek. Ta praca została opublikowana online w Dziennik Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego w listopadzie.
Spector współpracował z Hammondem nad wstępnymi badaniami powłok u zwierząt, a teraz będzie współpracować z grupą MIT, aby wykazać, czy poprawiają one wyniki po wymianie stawu. Miller z Uniwersytetu Kalifornijskiego, który pracował nad implantami przeciwdrobnoustrojowymi u zwierząt, zauważa, że wiele czynników pozostaje nieznanych. Na przykład nie wiemy, jak długo chcemy, aby lek został wydany, mówi. Dalsze testy powinny to wyjaśnić.