Зайти в кости: имплант с антибиотиками избавит раненых от инфекций

Российские ученые создали покрытие для биоразлагаемых имплантов, используемых при тяжелых переломах, которое избавляет пациента от инфекций. При таких травмах часто происходит заражение золотистым стафилококком. Материал уничтожает микробов, не повреждая здоровые ткани, и ускоряет заживление. По словам травматологов, обеспечивающий обеззараживание имплант мог бы значительно облегчить им работу. Однако специалисты подчеркивают: однозначно оценить свойства разработки можно только после клинических исследований.

Покрытие против золотистого стафилококка

Специалисты Института химии ДВО РАН вместе с коллегами из других научных организаций разработали инновационное покрытие для временных имплантов, которые устанавливаются при тяжелых травмах для ускорения выздоровления, а затем безопасно разлагаются в организме. При этих повреждениях часто развиваются раневые инфекции. Для борьбы с ними ученые создали материал с антибиотиком ванкомицином, витамином К2 и золедроновой кислотой, которые подавляют рост золотистого стафилококка, чаще всего вызывающего заражение, но не вредит здоровым клеткам костной ткани.

Пациенты с травмами, например переломами, часто сталкиваются с воспалениями и бактериальными инфекциями. Кроме того, бывает, что больному устанавливают временный имплантат, замещающий поврежденную ткань. После восстановления конструкцию приходится извлекать в ходе повторного хирургического вмешательства, что создает дополнительный стресс для организма. Поэтому ученые стремятся разработать такие имплантаты, которые не пришлось бы извлекать и которые бы предотвращали инфекции и воспаления в тканях.

Основой для них могут служить сплавы магния, поскольку они очень близки к кости по механическим свойствам и обладают способностью к биорезорбции, то есть постепенному растворению в организме. Но они склонны к быстрой коррозии, которая вызывает ускоренное растворение материала, преждевременный выход имплантата из строя и другие нежелательные эффекты. Поэтому нужны материалы, которые будут замедлять этот процесс.

— Разработанное покрытие позволяет контролировать растворение магниевого сплава и тем самым избежать преждевременного разрушения конструкции, поддерживающей еще не до конца восстановившуюся кость. С другой стороны, оно полностью не останавливает процесс растворения, что важно в случае биоразлагаемых имплантатов. На данный момент мы проводим масштабные испытания с применением лабораторных животных и в дальнейшем планируем провести доклинические и клинические испытания, чтобы доказать эффективность и безопасность изделия при использовании в человеческом организме, — сказал старший научный сотрудник лаборатории композиционных покрытий биомедицинского назначения Института химии ДВО РАН Константинэ Надараиа.

Антибиотик в покрытии убивает микробов, золедроновая кислота замедляет разрушение костной ткани, а витамин K2 стимулирует ее восстановление. Эти компоненты нанесли на магниевый имплантат и закрепили с помощью слоя полидофамина — клейкого биополимера.

Авторы поместили образец магниевого сплава с разработанным покрытием на чашку Петри с культурой золотистого стафилококка, чтобы проверить его антибактериальные свойства. Оказалось, что покрытие полностью подавляет рост микроорганизмов — бактерии не росли в радиусе 21 мм от поверхности материала. Более того, предложенный состав почти в семь раз повысил коррозионную стойкость магниевого сплава, что значительно продлевает срок службы покрытия и самого импланта в организме.

При этом покрытие было безопасно для здоровых клеток костной ткани. Исследователи проверили это в лабораторных условиях: на поверхности материала и в среде, где находились образцы, выращивали клетки, способные превращаться в костную ткань, — они сохраняли нормальную форму и жизнеспособность, не проявляя признаков гибели. Отсутствие токсического эффекта ученые дополнительно подтвердили с помощью биохимических тестов.

Разработка антибактериальных материалов

По словам действующих травматологов, сегодня в клиниках ощущается нехватка антибактериальных материалов, поэтому появление новых разработок в этой области можно только приветствовать.

— Инфекции при тяжелых травмах — очень серьезная проблема. А подобных материалов у нас в травматологии совсем немного. Обычно мы используем антисептик и тот же ванкомицин для обработки ран. Но если бы был имплант, который бы гарантировал отсутствие заражения, это бы заметно облегчило работу, — рассказал «Известиям» травматолог-ортопед Данил Бактышев.

По мнению завлабораторией анализа показателей здоровья населения и цифровизации здравоохранения МФТИ Станислава Отставнова, предложенный материал обладает высоким потенциалом для практического применения, но говорить однозначно о его свойствах можно будет только после проведения испытаний.

— Технология выглядит перспективной. Биодеградируемые материалы не первый год используются в медицине, и продумать покрытие, способное на какое-то время сдерживать коррозию, иметь антибактериальные и иные полезные для процесса восстановления свойства, кажется логичным шагом. Однако доклинические и клинические исследования только планируются, а ведь именно их прохождение действительно докажет, сможет ли быть разработка внедрена в практическое здравоохранение, — сказал он.

Исследование было поддержано грантом Российского научного фонда.