Інтелектуальний титановий імплантат забезпечує швидке знищення бактерій та покращує регенерацію кісткової тканини

Група дослідників розробила поверхню титанового імплантату, яку можна активувати за допомогою ближнього інфрачервоного випромінювання (NIR). Всього за 15 хвилин опромінення NIR ця поверхня може знищити 99,94% біоплівок Staphylococcus aureus (S. aureus) без використання антибіотиків, одночасно сприяючи зрощенню кістки з імплантатом.

Завдяки використанню діоксиду титану (TiO₂) — того самого сполучення, що міститься в природному оксидному шарі поверхні титану, — ця розробка може мати практичні переваги щодо сумісності з існуючими титановими імплантатами та подальшого клінічного застосування.

Ця інноваційна технологія може бути застосована до різних поширених ортопедичних імплантатів, включаючи:

• протези суглобів
• пристрої для фіксації переломів
• камери для спондилодезу
• зубні імплантати
• черепно-лицьові імплантати

Вона пропонує нове рішення для боротьби з інфекціями, пов'язаними з імплантатами.

Проблема інфекцій, пов’язаних з імплантатами

Інфекції, пов'язані з імплантатами, залишаються серйозною клінічною проблемою в ортопедичній практиці. Як тільки бактерії прикріплюються до поверхні імплантату і утворюють біоплівки, вони стають дуже стійкими до антибіотиків і можуть уникати імунної системи пацієнта.

Як наслідок, пацієнтам часто потрібні:

• повторні інвазивні процедури очищення рани
• ревізійні операції
• тривалі курси системних антибіотиків у високих дозах

Ці методи лікування:

• подовжують час відновлення
• збільшують витрати на охорону здоров'я
• сприяють розвитку антибіотикорезистентності
• не завжди запобігають рецидивам

Поточні обмеження лікування

Професор Келвін Єнг Вай-квок, який очолював дослідження, зазначив:

«Інфекції, пов'язані з імплантатами, є основною причиною їхньої несправності. Бактеріальну колонізацію та утворення біоплівки на поверхнях імплантатів може бути важко викорінити, що часто призводить до стійкого запалення, порушення фіксації імплантату і, зрештою, до його розхитування та несправності».

Він також підкреслив:

«Хоча існуючі антибактеріальні покриття можуть забезпечити певний рівень захисту, вони зазвичай базуються на навантажених речовинах, таких як антибіотики, іони металів або складні біоактивні молекули».

Однак їхня ефективність обмежена:

• місткістю
• неконтрольованим вивільненням
• потенційною цитотоксичністю
• втратою функції після вичерпання речовин

Ці обмеження підкреслюють нагальну потребу в ін-ситу, контрольованій та довготривалій стратегії, яка може як усунути біоплівки, так і сприяти інтеграції кістки з імплантатом без використання додаткових ліків або речовин.

Механізм дії нової технології

Наразі титан та титанові сплави природно утворюють тонкий шар TiO₂ на поверхні імплантату.

Хоча цей шар є біосумісним, він:

• майже не захищає від інфекції
• не стимулює ріст кісткової тканини

Використовуючи спеціальну техніку шаблонування, дослідники створили наноструктури у вигляді сот та вакансії кисню.

Під впливом ближнього інфрачервоного випромінювання поверхня:

• генерує активні форми кисню
• створює локальний фототермічний ефект
• руйнує біоплівки
• знищує бактерії

Експериментальні результати

Дослідження показало:

• 99,94% знищення S. aureus in vitro за 15 хвилин
• 91,58% знищення біоплівок у тваринній моделі
• зменшення гнійного запалення
• значне збільшення утворення нової кісткової тканини

Остеоімунний ефект

Нова поверхня також впливає на імунну систему:

• переводить макрофаги у репаративний фенотип
• покращує остеоімунне мікросередовище
• стимулює диференціацію остеогенних клітин

Це призводить до:

• швидшої інтеграції імплантату
• кращої стабільності
• одночасного контролю інфекції

«Завдяки застосуванню стратегії без використання активних речовин наша нещодавно розроблена «розумна» поверхня демонструє надзвичайні антибактеріальні та проостеогенні властивості без застосування додаткових лікарських препаратів», — пояснив професор Єунг.

«Ця технологія має високий потенціал для практичного застосування, оскільки базується виключно на стандартних матеріалах для імплантатів та відпрацьованих технологічних процесах».

ДЖЕРЕЛО: Medical Xpress

На платформі Accemedin багато цікавих заходів! Аби не пропустити їх, підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.