Группа российских исследователей разработала специальное покрытие для рассасывающихся имплантов, применяемых при сложных переломах, которое защищает пациентов от инфекционных осложнений. Чаще всего при таких повреждениях возникает инфицирование золотистым стафилококком. Новый материал эффективно уничтожает патогенные микроорганизмы, не повреждая здоровые клетки, и способствует ускоренной регенерации тканей. Врачи-травматологи отмечают, что подобные антисептические имплантаты могли бы существенно упростить их работу. Однако эксперты подчеркивают необходимость проведения клинических испытаний для окончательной оценки свойств инновации.
Инновационная защита от стафилококковой инфекцииУченые из Института химии ДВО РАН совместно с коллегами из других научных центров создали уникальное покрытие для временных имплантационных конструкций, устанавливаемых при серьезных травмах для ускорения восстановления и затем безопасно рассасывающихся в организме. Такие повреждения нередко сопровождаются инфекционными поражениями. Для борьбы с ними специалисты разработали материал, содержащий антибиотик ванкомицин, витамин К2 и золедроновую кислоту, которые подавляют развитие золотистого стафилококка — основного возбудителя инфекций, при этом не оказывая негативного влияния на здоровые костные клетки.
Пациенты с травматическими повреждениями, включая переломы, часто сталкиваются с воспалительными процессами и бактериальными инфекциями. Кроме того, в некоторых случаях требуется установка временного импланта, заменяющего поврежденную ткань. После восстановления такие конструкции приходится удалять в ходе повторной операции, что создает дополнительную нагрузку на организм. Поэтому перед исследователями стоит задача создания имплантационных материалов, не требующих извлечения и одновременно предотвращающих развитие инфекций и воспалений.
В качестве основы для таких имплантов могут выступать магниевые сплавы, поскольку их механические характеристики близки к костной ткани, а также они обладают способностью к биодеградации — постепенному растворению в организме. Однако эти материалы подвержены быстрой коррозии, что приводит к преждевременному разрушению конструкции и другим нежелательным последствиям. Поэтому актуальной задачей является разработка покрытий, замедляющих этот процесс.
— Наше покрытие позволяет регулировать скорость растворения магниевого сплава, предотвращая преждевременное разрушение конструкции, поддерживающей еще не полностью восстановившуюся кость. При этом оно не блокирует процесс деградации полностью, что принципиально важно для биоразлагаемых имплантов. Сейчас мы проводим масштабные испытания на лабораторных животных, а в дальнейшем планируем доклинические и клинические исследования для подтверждения эффективности и безопасности изделия для человека, — пояснил Константинэ Надараиа, старший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения Института химии ДВО РАН.
Антибиотик в составе покрытия уничтожает патогенные микроорганизмы, золедроновая кислота замедляет разрушение костной ткани, а витамин K2 стимулирует ее регенерацию. Эти компоненты были нанесены на магниевый имплант и зафиксированы слоем полидофамина — биосовместимого клейкого полимера.
Для проверки антибактериальных свойств авторы поместили образец магниевого сплава с новым покрытием в чашку Петри с культурой золотистого стафилококка. Результаты показали полное подавление роста микроорганизмов — бактерии не развивались в радиусе 21 мм от поверхности материала. Кроме того, разработанный состав увеличил коррозионную стойкость магниевого сплава почти в семь раз, что значительно продлевает срок службы как покрытия, так и самого импланта в организме.
При этом покрытие оказалось безопасным для здоровых клеток костной ткани. В ходе лабораторных испытаний исследователи выращивали на поверхности материала и в окружающей среде клетки-предшественники костной ткани — они сохраняли нормальную морфологию и жизнеспособность без признаков повреждения. Отсутствие токсического эффекта было дополнительно подтверждено биохимическими тестами.
Развитие антимикробных технологийПо словам практикующих травматологов, в современной медицине существует дефицит антибактериальных материалов, поэтому появление новых разработок в этой сфере крайне важно.
— Инфекционные осложнения при тяжелых травмах представляют серьезную проблему. При этом доступных антимикробных материалов в травматологии очень мало. Обычно мы используем антисептические растворы и тот же ванкомицин для обработки ран. Но если бы появился имплант, гарантирующий защиту от инфицирования, это стало бы настоящим прорывом в нашей работе, — поделился с «Известиями» травматолог-ортопед Данил Бактышев.
Как отметил заведующий лабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислав Отставнов, предложенный материал обладает значительным потенциалом для клинического применения, но окончательные выводы о его свойствах можно будет сделать только после завершения испытаний.
— Технология выглядит многообещающе. Биодеградируемые материалы уже давно используются в медицине, и создание покрытия, которое временно замедляет коррозию, обладает антибактериальными и другими полезными для восстановления свойствами, представляется логичным шагом вперед. Однако предстоит еще провести доклинические и клинические исследования, которые и покажут, насколько данная разработка готова к внедрению в практическое здравоохранение, — прокомментировал он.
Исследование проводилось при поддержке гранта Российского научного фонда.