211service.com
Veiligere gewrichtsvervangingen
Infecties als gevolg van gewrichtsvervangende operaties zijn kostbaar en mogelijk dodelijk. Nu ontwikkelen onderzoekers van MIT coatings voor medische implantaten die kunnen worden geladen met meerdere medicijnen, waaronder antibiotica die in de loop van de tijd vrijkomen. Het proces omvat het aanbrengen van antibioticafilms, die op korte termijn worden vrijgegeven, op een permanent antibacterieel polymeer dat is ontworpen om infectie op de lange termijn te voorkomen.
Bacteriën beginnen: Het kale substraat aan de bovenkant is volledig gekoloniseerd door S. aureus-bacteriën na een uur onderdompeling in bloedplasma. Het substraat op de bodem is voorzien van lagen antibacteriële coatings en is na dezelfde blootstelling vrij van bacteriën.
Ongeveer één procent van de knie- en heupvervangende operaties leidt tot infectie; het aantal stijgt tot drie tot vijf procent voor tweede operaties. Het is een laag percentage, maar als jij degene op de honderd bent die een infectie krijgt, zijn de complicaties catastrofaal, zegt Lloyd Miller , assistent-professor orthopedische chirurgie aan de Universiteit van Californië, Los Angeles. Al het geïnfecteerde weefsel en hardware moet operatief worden verwijderd en vervangen door een antibioticumblok; de patiënt kan zes tot acht weken niet lopen terwijl hij wordt behandeld met intraveneuze antibiotica om alle sporen van infectie te elimineren; en dan wordt een revisieoperatie uitgevoerd. Complicaties door infectie zijn ook enorm duur. Een gewrichtsvervanging kost in de Verenigde Staten ongeveer $ 30.000, maar het omgaan met infecties kan het risico verhogen tot bijna $ 150.000.
De meeste infecties gebeuren wanneer bacteriën het lichaam binnendringen met een implantaat. Maar kunstmatige gewrichten kunnen jaren later geïnfecteerd raken wanneer bacteriën in de bloedbaan worden geïntroduceerd tijdens tandheelkundig werk, colonoscopieën en andere procedures, zegt Miller, die niet is aangesloten bij de MIT-groep. Orthopedische coatings die naast een tijdelijke coating van antibiotica permanente antibacteriële eigenschappen hebben, kunnen patiënten beschermen.
Hoewel er al antibiotische coatings voor veel andere medische hulpmiddelen zijn ontwikkeld, vormen coatings voor gewrichten bijzondere uitdagingen. In tegenstelling tot stents en andere apparaten die statisch zijn, moeten gewrichten kunnen bewegen. De coating mag dus niet te dik zijn en mag de articulatie van gewrichten niet hinderen.
Onderzoekers onder leiding van Paula Hammond , hoogleraar chemische technologie aan het MIT, gebruiken een polymeercoatingtechniek die laag-voor-laag assemblage wordt genoemd om grote concentraties medicijnen in implantaatcoatings te laden zonder ze te dik te maken. De groep van Hammond bouwt deze films op door een implantaat afwisselend onder te dompelen in oplossingen van negatief en positief geladen moleculen zoals polymeren en medicijnen. Het verschil in oppervlaktelading houdt elke laag stevig vast aan die erboven en eronder. Dit proces leidt tot zeer dunne materiaallagen, in de orde van tientallen nanometers dik. De medicijnen komen vrij wanneer de polymeren in het lichaam biologisch worden afgebroken.
Het afwisselen van lagen medicijnen met lagen van een biologisch afbreekbaar polymeer, in plaats van polymeer en medicijn te mengen en het mengsel op een implantaat te smeren, resulteert in een dunnere coating die een groter deel van het medicijn bevat - tot wel 50 procent, in plaats van de meer gebruikelijke 4 procent. En deze coatings kunnen worden geproduceerd bij lage temperaturen en in water, in plaats van onder de barre omstandigheden die gewoonlijk vereist zijn voor de verwerking van polymeren. Dit betekent dat ze compatibel zijn met een breder scala aan delicate moleculen, waaronder eiwitgeneesmiddelen en therapeutisch RNA.
Wat deze technologie onderscheidt, is de belofte om verschillende medicijnen achtereenvolgens, op een gecontroleerde manier, vrij te geven, zegt Myron Spector , hoogleraar orthopedische chirurgie aan de Harvard Medical School. Patiënten met een slecht vaatstelsel dat de botgroei kan belemmeren, waaronder diabetici en zware rokers, kunnen naast antibiotica baat hebben bij coatings die geneesmiddelen afgeven om botvorming of bloedvatgroei te stimuleren.
De permanente laag van antimicrobieel polymeer waarop Hammond de geneesmiddelafgevende films bouwt, werd eerder ontwikkeld door: Alexander Klibanov , een professor in de chemie aan het MIT. Wanneer deze polymeren op een oppervlak aanwezig zijn, sterven bacteriën bij een botsing - het polymeer verstoort het celmembraan en de ingewanden van de bacteriën lopen naar buiten, zegt Hammond. Bij onderdompeling in een oplossing van stafylokokbacteriën gedurende twee weken, was een ander substraat onbehandeld met de lagen antibiotica aan het einde van het eerste uur volledig gekoloniseerd door bacteriën. Gedurende de periode van twee weken hebben geen bacteriën zich vastgezet op een oppervlak van Klibanov's polymeer behandeld met Hammond's films, zelfs niet nadat de lagen die het geneesmiddel afgeven waren afgebroken. Dit werk is online gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society in november.
Spector heeft met Hammond gewerkt aan voorlopige studies van de coatings bij dieren en zal nu samenwerken met de MIT-groep om aan te tonen of ze de resultaten verbeteren na een gewrichtsvervanging. Miller van de Universiteit van Californië, die heeft gewerkt aan antimicrobiële implantaten bij dieren, merkt op dat veel factoren onbekend blijven. We weten bijvoorbeeld niet hoe lang we willen dat een medicijn vrijkomt, zegt hij. Nadere tests moeten dit duidelijker maken.