211service.com
Bezpečnější výměny kloubů
Infekce vyplývající z operací kloubních náhrad jsou nákladné a potenciálně smrtelné. Nyní výzkumníci z MIT vyvíjejí povlaky pro lékařské implantáty, které mohou být naplněny více léky, včetně antibiotik, která se uvolňují v průběhu času. Proces zahrnuje vrstvení antibiotických filmů, které se uvolňují krátkodobě, na trvale antibakteriální polymer určený k dlouhodobé prevenci infekce.
Bakterie začaly: Holý substrát nahoře je zcela kolonizován bakteriemi S. aureus po jedné hodině ponořené v krevní plazmě. Substrát na dně má vrstvy antibakteriálních povlaků a po stejné expozici je bez bakterií.
Asi jedno procento operací náhrady kolenního a kyčelního kloubu vede k infekci; u druhých operací se počet zvyšuje na tři až pět procent. Je to nízká míra, ale pokud jste jeden ze sta, kdo dostane infekci, komplikace jsou katastrofální, říká Lloyd Miller , odborný asistent ortopedické chirurgie na Kalifornské univerzitě v Los Angeles. Veškerá infikovaná tkáň a hardware musí být chirurgicky odstraněny a nahrazeny antibiotickým blokem; pacient nemůže chodit šest až osm týdnů, zatímco je léčen intravenózními antibiotiky k odstranění všech stop infekce; a poté se provede revizní operace. Komplikace způsobené infekcí jsou také enormně drahé. Náhrada kloubu stojí ve Spojených státech asi 30 000 USD, ale řešení infekcí může zvednout kartu na téměř 150 000 USD.
K většině infekcí dochází, když bakterie vstoupí do těla s implantátem. Ale umělé klouby se mohou infikovat o několik let později, když se bakterie dostanou do krevního řečiště během stomatologické práce, kolonoskopie a dalších procedur, říká Miller, který není spojen se skupinou MIT. Ortopedické povlaky, které mají kromě přechodného povlaku antibiotika trvalé antibakteriální vlastnosti, by mohly chránit pacienty.
Ačkoli již byly vyvinuty antibiotické povlaky pro mnoho dalších lékařských zařízení, povlaky pro klouby představují zvláštní výzvy. Na rozdíl od stentů a jiných zařízení, která jsou statická, musí být klouby schopny pohybu. Povlak tedy nesmí být příliš silný a nesmí narušovat kloubní spojení.
Výzkumníci v čele s Paula Hammondová , profesor chemického inženýrství na MIT, používají techniku potahování polymerem zvanou vrstvení po vrstvě k nanášení velkých koncentrací léčiv do povlaků implantátů, aniž by byly příliš silné. Hammondova skupina vytváří tyto filmy ponořením implantátu střídavě do roztoků záporně a kladně nabitých molekul, jako jsou polymery a léky. Rozdíl v povrchovém náboji drží každou vrstvu pevně k těm nad a pod ní. Tento proces vede k velmi tenkým vrstvám materiálů o tloušťce řádově desítek nanometrů. Léky se uvolní, když se polymery biodegradují uvnitř těla.
Střídání vrstev léčiv s vrstvami biologicky odbouratelného polymeru, spíše než smíchání polymeru a léčiva a nanášení směsi na implantát, vede k tenčímu potahu, který obsahuje vyšší podíl léčiva – až 50 procent, spíše než obvyklejší. 4 procenta. A tyto povlaky lze vyrábět při nízkých teplotách a ve vodě, spíše než v drsných podmínkách obvykle požadovaných pro zpracování polymerů. To znamená, že jsou kompatibilní s širším spektrem jemných molekul včetně proteinových léků a terapeutické RNA.
To, co odlišuje tuto technologii, je příslib schopnosti uvolňovat různé léky postupně, kontrolovaným způsobem, říká Myron Spector , profesor ortopedické chirurgie na Harvard Medical School. Pacienti, kteří mají špatný cévní systém, který může ohrozit růst kostí, včetně diabetiků a těžkých kuřáků, mohou kromě antibiotik těžit z povlaků, které uvolňují léky stimulující tvorbu kostí nebo růst krevních cév.
Trvalá vrstva antimikrobiálního polymeru, na které Hammond staví filmy uvolňující léčivo, byla dříve vyvinuta Alexandr Klibanov , profesor chemie na MIT. Když jsou tyto polymery přítomny na povrchu, bakterie při dopadu zemřou – polymer naruší buněčnou membránu a střeva bakterií se vylijí, říká Hammond. Když byl ponořen do roztoku stafylokoků na dva týdny, jiný substrát neošetřený vrstvami antibiotik byl na konci první hodiny zcela kolonizován bakteriemi. Na povrchu Klibanovova polymeru ošetřeného Hammondovými filmy se během dvou týdnů neuchytily žádné bakterie, a to ani poté, co došlo k degradaci vrstev uvolňujících léčivo. Tato práce byla zveřejněna online v Journal of the American Chemical Society v listopadu.
Spector spolupracoval s Hammondem na předběžných studiích povlaků u zvířat a nyní bude spolupracovat se skupinou MIT, aby prokázal, zda zlepšují výsledky po náhradě kloubu. Miller z Kalifornské univerzity, který pracoval na antimikrobiálních implantátech u zvířat, poznamenává, že mnoho faktorů zůstává neznámých. Například nevíme, jak dlouho chceme, aby byla droga uvolněna, říká. Další testy by to měly objasnit.