211service.com
Sikrere ledudskiftninger
Infektioner som følge af ledudskiftningsoperationer er dyre og potentielt dødelige. Nu udvikler forskere ved MIT belægninger til medicinske implantater, der kan fyldes med flere lægemidler, inklusive antibiotika, der frigives over tid. Processen involverer lagdeling af antibiotiske film, som frigives på kort sigt, på en permanent antibakteriel polymer designet til at forhindre infektion på lang sigt.
Begjorde bakterier: Det nøgne substrat på toppen er fuldstændig koloniseret af S. aureus-bakterier efter en time nedsænket i blodplasma. Substratet på bunden har lag af antibakterielle belægninger og er fri for bakterier efter samme eksponering.
Omkring én procent af knæ- og hofteudskiftningsoperationer resulterer i infektion; tallet stiger til tre til fem procent for anden operation. Det er en lav rate, men hvis du er den ud af hundrede, der får en infektion, er komplikationerne katastrofale, siger Lloyd Miller , assisterende professor i ortopædisk kirurgi ved University of California, Los Angeles. Alt inficeret væv og hardware skal fjernes kirurgisk og erstattes med en antibiotisk blok; patienten kan ikke gå i seks til otte uger, mens han behandles med intravenøse antibiotika for at eliminere alle spor af infektion; og derefter foretages en revisionsoperation. Komplikationer på grund af infektion er også enormt dyre. En lederstatning koster omkring $30.000 i USA, men håndtering af infektioner kan hæve tabet til næsten $150.000.
De fleste infektioner sker, når bakterier kommer ind i kroppen med et implantat. Men kunstige led kan blive inficeret år senere, når bakterier introduceres i blodbanen under tandarbejde, koloskopier og andre procedurer, siger Miller, som ikke er tilknyttet MIT-gruppen. Ortopædiske belægninger, der har permanente antibakterielle egenskaber ud over en forbigående belægning af antibiotika, kunne holde patienterne beskyttet.
Selvom der allerede er udviklet antibiotiske belægninger til mange andre medicinske anordninger, udgør belægninger til led særlige udfordringer. I modsætning til stents og andre enheder, der er statiske, skal leddene kunne bevæge sig. Så belægningen må ikke være for tyk, og den må ikke forstyrre ledleddet.
Forskere ledet af Paula Hammond , professor i kemiteknik ved MIT, bruger en polymerbelægningsteknik kaldet lag-for-lag-samling til at indlæse store koncentrationer af lægemidler i implantatbelægninger uden at gøre dem for tykke. Hammonds gruppe opbygger disse film ved at dyppe et implantat skiftevis i opløsninger af negativt og positivt ladede molekyler såsom polymerer og lægemidler. Forskellen i overfladeladning holder hvert lag tæt til dem over og under det. Denne proces fører til meget tynde lag af materialer, i størrelsesordenen titusinder af nanometer tykke. Lægemidlerne frigives, når polymererne nedbrydes biologisk inde i kroppen.
Skiftende lag af lægemidler med lag af en biologisk nedbrydelig polymer, i stedet for at blande polymer og lægemiddel og stryge blandingen på et implantat, resulterer i en tyndere belægning, der indeholder en højere andel af lægemidlet - så meget som 50 procent, snarere end det mere sædvanlige 4 procent. Og disse belægninger kan fremstilles ved lave temperaturer og i vand, snarere end under de barske forhold, der normalt kræves til polymerbearbejdning. Dette betyder, at de er kompatible med et bredere udvalg af sarte molekyler, herunder proteinlægemidler og terapeutisk RNA.
Det, der adskiller denne teknologi, er løftet om at kunne frigive forskellige lægemidler sekventielt på en kontrolleret måde, siger Myron Spector , professor i ortopædkirurgi ved Harvard Medical School. Patienter, der har et dårligt vaskulært system, der kan kompromittere knoglevækst, herunder diabetikere og storrygere, kan drage fordel af belægninger, der frigiver lægemidler til at stimulere knogledannelse eller blodkarvækst, ud over antibiotika.
Det permanente lag af antimikrobiel polymer, som Hammond bygger de lægemiddelfrigørende film på, er tidligere udviklet af Alexander Klibanov , professor i kemi ved MIT. Når disse polymerer er til stede på en overflade, vil bakterier dø ved påvirkning - polymeren forstyrrer cellemembranen, og bakteriernes tarme løber ud, siger Hammond. Når det var nedsænket i en opløsning af staph-bakterier i to uger, var et andet substrat ubehandlet med lagene af antibiotika fuldstændig koloniseret af bakterier ved slutningen af den første time. Ingen bakterier tog fat på en overflade af Klibanovs polymer behandlet med Hammonds film i løbet af den to-ugers periode, selv efter at de lægemiddelfrigørende lag blev nedbrudt. Dette arbejde blev offentliggjort online i Journal of the American Chemical Society i november.
Spector har arbejdet sammen med Hammond om foreløbige undersøgelser af belægningerne hos dyr og vil nu arbejde sammen med MIT-gruppen for at demonstrere, om de forbedrer resultaterne efter en ledudskiftning. Miller fra University of California, som har arbejdet på antimikrobielle implantater i dyr, bemærker, at mange faktorer forbliver ukendte. For eksempel ved vi ikke, hvor længe vi ønsker, at et stof skal frigives, siger han. Yderligere test skulle gøre dette tydeligere.