211service.com
Säkrare ledbyten
Infektioner till följd av ledbytesoperationer är kostsamma och potentiellt dödliga. Nu utvecklar forskare vid MIT beläggningar för medicinska implantat som kan laddas med flera läkemedel, inklusive antibiotika som frigörs över tid. Processen involverar skiktning av antibiotikafilmer, som frigörs på kort sikt, på en permanent antibakteriell polymer utformad för att förhindra infektion på lång sikt.
Bakterier började: Det kala substratet på toppen är helt koloniserat av S. aureus-bakterier efter en timme nedsänkt i blodplasma. Substratet på botten har lager av antibakteriella beläggningar och är fritt från bakterier efter samma exponering.
Ungefär en procent av knä- och höftprotesoperationer resulterar i infektion; antalet stiger till tre till fem procent för andra operationer. Det är en låg frekvens, men om du är den av hundra som får en infektion är komplikationerna katastrofala, säger Lloyd Miller , biträdande professor i ortopedisk kirurgi vid University of California, Los Angeles. All infekterad vävnad och hårdvara måste avlägsnas kirurgiskt och ersättas med ett antibiotikumblock; patienten kan inte gå på sex till åtta veckor medan han behandlas med intravenös antibiotika för att eliminera alla spår av infektion; och sedan görs en revisionsoperation. Komplikationer på grund av infektion är också enormt dyra. En ledersättning kostar cirka 30 000 USD i USA, men hantering av infektioner kan höja nivån till nästan 150 000 USD.
De flesta infektioner inträffar när bakterier kommer in i kroppen med ett implantat. Men konstgjorda leder kan bli infekterade år senare när bakterier introduceras i blodomloppet under tandarbete, koloskopier och andra procedurer, säger Miller, som inte är ansluten till MIT-gruppen. Ortopediska beläggningar som har permanenta antibakteriella egenskaper förutom en övergående beläggning av antibiotika skulle kunna hålla patienterna skyddade.
Även om antibiotikabeläggningar för många andra medicintekniska produkter redan har utvecklats, utgör beläggningar för leder särskilda utmaningar. Till skillnad från stentar och andra enheter som är statiska, måste lederna kunna röra sig. Så beläggningen får inte vara för tjock, och den får inte störa ledartikulationen.
Forskare under ledning av Paula Hammond , professor i kemiteknik vid MIT, använder en polymerbeläggningsteknik som kallas lager-för-lager för att ladda stora koncentrationer av läkemedel i implantatbeläggningar utan att göra dem för tjocka. Hammonds grupp bygger upp dessa filmer genom att doppa ett implantat växelvis i lösningar av negativt och positivt laddade molekyler som polymerer och läkemedel. Skillnaden i ytladdning håller varje lager tätt mot de ovanför och under det. Denna process leder till mycket tunna lager av material, i storleksordningen tiotals nanometer tjocka. Läkemedlen kommer att frigöras när polymererna bryts ned i kroppen.
Omväxlande lager av läkemedel med lager av en biologiskt nedbrytbar polymer, snarare än att blanda polymer och läkemedel och stryka blandningen på ett implantat, resulterar i en tunnare beläggning som innehåller en högre andel av läkemedlet – så mycket som 50 procent, snarare än det vanligare 4 procent. Och dessa beläggningar kan produceras vid låga temperaturer och i vatten, snarare än under de hårda förhållanden som vanligtvis krävs för polymerbearbetning. Detta betyder att de är kompatibla med ett bredare utbud av känsliga molekyler inklusive proteinläkemedel och terapeutiskt RNA.
Det som utmärker denna teknologi är löftet om att kunna släppa ut olika läkemedel sekventiellt, på ett kontrollerat sätt, säger Myron Spector , professor i ortopedisk kirurgi vid Harvard Medical School. Patienter som har ett dåligt kärlsystem som kan äventyra bentillväxt, inklusive diabetiker och storrökare, kan ha nytta av beläggningar som frigör läkemedel för att stimulera benbildning eller tillväxt av blodkärl, förutom antibiotika.
Det permanenta lagret av antimikrobiell polymer som Hammond bygger de läkemedelsfrigörande filmerna på har tidigare utvecklats av Alexander Klibanov , professor i kemi vid MIT. När dessa polymerer finns på en yta kommer bakterier att dö vid anslag - polymeren stör cellmembranet och bakteriernas tarmar rinner ut, säger Hammond. När det var nedsänkt i en lösning av staph-bakterier i två veckor, koloniserades ett annat substrat obehandlat med skikten av antibiotika helt av bakterier i slutet av den första timmen. Inga bakterier tog fäste på en yta av Klibanovs polymer behandlad med Hammonds filmer under tvåveckorsperioden, även efter att de läkemedelsfrigörande skikten försämrades. Detta arbete publicerades online i Journal of the American Chemical Society i november.
Spector har arbetat med Hammond på preliminära studier av beläggningar hos djur och kommer nu att arbeta med MIT-gruppen för att visa om de förbättrar resultatet efter en ledbyte. Miller från University of California, som har arbetat med antimikrobiella implantat i djur, noterar att många faktorer fortfarande är okända. Vi vet till exempel inte hur länge vi vill att en drog ska släppas ut, säger han. Ytterligare tester borde göra detta tydligare.