Нановолоконное покрытие предотвращает инфекции протезных суставов

В пилотном исследовании на мышах учёные из Университета Джонса Хопкинса показали, что созданное ими новое покрытие с нановолокнами, высвобождающими антибиотики, потенциально может лучше предотвращать серьёзные бактериальные инфекции, связанные с операциями по тотальному эндопротезированию суставов.

Исследование, опубликованное на неделе 24 октября в Proceedings of the National Academy of Sciences, проводилось на коленных суставах грызунов. Однако технология, по словам учёных, имеет «широкую применимость» для ортопедических протезов (тазобедренных и коленных суставов), а также кардиостимуляторов, стентов и других имплантируемых медицинских устройств. В отличие от других разрабатываемых покрытий, новый материал может стратегически высвобождать несколько антибиотиков с оптимальным эффектом.

Ежегодно в США примерно 1–2% из более чем 1 миллиона операций по замене тазобедренного и коленного суставов осложняются инфекциями, связанными с образованием биоплёнок — слоёв бактерий, формирующих плотную матрицу из белков, сахаров и ДНК. Хронические инфекции могут приводить к потере костной ткани, расшатыванию имплантата и его отказу, что часто требует удаления протеза и длительной антибиотикотерапии. Стоимость лечения такой инфекции часто превышает $100 000 на пациента.

Существующие методы локальной доставки антибиотиков (цемент, бусины, спейсеры) обычно могут доставлять только один антибиотик за раз, а скорость высвобождения плохо контролируется.

Команда разработала тонкое биоразлагаемое пластиковое покрытие, способное высвобождать несколько антибиотиков с заданной скоростью. Покрытие состоит из сетки нановолокон, встроенной в тонкую плёнку; оба компонента сделаны из полимеров, используемых в рассасывающихся швах.

Для испытаний покрытие загружали антибиотиком рифампицином в комбинации с одним из трёх других: ванкомицином, даптомицином или линезолидом. Рифампицин обладает отличной активностью против биоплёнок, но не может использоваться отдельно из-за быстрого развития резистентности. Покрытия высвобождали ванкомицин, даптомицин или линезолид в течение 7–14 дней, а рифампицин — в течение 3–5 дней, что исключало его присутствие в качестве единственного агента.

Покрытием с разными комбинациями антибиотиков обработали титановые спицы Киршнера, которые затем ввели в коленные суставы мышей и инфицировали штаммом Staphylococcus aureus (светящимся для отслеживания).

Через 14 дней у всех мышей с контрольным покрытием (без антибиотиков) обнаруживались бактерии в тканях вокруг сустава, а у 80% — на поверхности имплантата. В группах с покрытием, содержащим комбинации линезолид-рифампицин или даптомицин-рифампицин, бактерии не были обнаружены ни на имплантатах, ни в окружающих тканях. Инфекция была полностью устранена.

Кроме того, у животных с антибиотиковым покрытием была полностью предотвращена потеря костной ткани, которая обычно наблюдается рядом с инфицированными суставами и ведёт к расшатыванию протеза у пациентов.

Полимеры, использованные для создания нановолоконного покрытия, уже применяются в устройствах, одобренных FDA (рассасывающиеся швы, костные пластины, системы доставки лекарств). Для внедрения технологии необходимы дальнейшие исследования её эффективности и безопасности на людях.