手持式光源(新研发的骨科植入物抗菌涂层可防止危险的细菌感染)

Posted 2023-05-26

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手持式光源(新研发的骨科植入物抗菌涂层可防止危险的细菌感染)

杜克大学和加州大学洛杉矶分校的生物医学工程师和外科医生已经展示了一种抗生素涂层，可以在手术前几分钟应用于骨科植入物，消除植入物周围感染的机会。在对小鼠的早期试验中，该涂层防止了所有后续感染，甚至不需要向血液中注入抗生素，这是目前的护理标准。20天后，涂层没有降低骨骼与植入物融合的能力，并被身体完全吸收。

将抗生素利福平与聚合物的自组装溶液混合，涂在人类髓内髋关节植入物上。在小鼠身上进行的早期试验显示，20天后，这种方法没有伤害骨头与植入物融合的能力，聚合物完全被身体吸收，而且抗生素100%防止了感染。资料来源：塞古拉实验室和贝塔实验室

该成果于2021年9月16日发表在《自然通讯》杂志上。

该项目开始于杜克大学生物医学工程教授Tatiana Segura与加州大学洛杉矶分校大卫-格芬医学院的临时主席和执行医疗主任Nicholas Bernthal的会面，他专门研究小儿骨科肿瘤和外科。他告诉塞古拉，许多正在接受骨癌治疗的儿童被切除了大量的骨头，这就需要骨科植入物。但由于患者通常也在接受化疗，他们的免疫系统很弱，特别容易受到细菌在植入物表面定植的影响。

塞古拉说："这些孩子面临着接受化疗与挽救他们的肢体的选择，甚至有时需要截肢才能生存，这在我看来是很可怕的。"他们真正需要的是在植入物上涂抹一些东西来阻止感染的发生，因为预防感染比治疗感染要容易得多。所以我们想出了这个涂层技术，我们希望它能提供一个解决方案。"

然而，植入物感染并不是儿童或癌症患者特有的。以关节置换手术为例，1%的初级手术和高达7%的翻修手术都会发生感染，这需要反复进行翻修手术和长期静脉注射抗生素。然而，治疗并不总是有效的，因为这些病人的五年死亡风险比那些被诊断为艾滋病毒/艾滋病或乳腺癌的病人更高。据估计，仅在美国，植入物感染每年就会给卫生保健系统带来超过86亿美元的损失。

治疗这些感染的部分挑战是，细菌定植于植入物本身的表面。这意味着，没有血管流经细菌群，无法在病人的静脉中输送抗生素。唯一的办法往往是移除原来的植入物，这通常是最好的选择，也是唯一不好的选择。

一些医生已经采取了自己的解决方案，如在关闭手术伤口时使用抗生素粉末，或在用于固定植入物的骨水泥中注入抗生素。这两种策略都没有被证明在临床上是有效的。还有一个选择是，植入物制造商在他们的设备中加入抗生素特性。但这将大大缩短产品的保质期，而且还需要一个漫长而复杂的FDA审批过程，因为这样一来，植入物就会进入一个新的分类。然而，塞古拉的新抗生素涂层回避了所有这些挑战。

自组装聚合物和抗生素的混合物使用手持式光源在人类髓内髋关节植入物上固化。

"我们已经表明，一种护理点抗生素释放涂层可以保护植入物免受细菌的挑战，并且可以在手术室快速安全地应用，而不需要修改现有的植入物，"帮助进行实验的加州大学洛杉矶分校骨科外科住院医生Christopher Hart说。

新的抗菌涂层由两种聚合物组成，一种能排斥水，一种能与水充分混合。这两种材料与医生选择的抗生素结合在一个溶液中，然后通过浸泡、涂抹或喷涂直接涂在骨科植入物上。当暴露在明亮的紫外线下时，这两种聚合物会耦合在一起，并自我组装成一个网格状结构，以捕获抗生素。

该反应是"点击化学"的一个例子，它是描述在室温下快速发生的反应的一般方式，只产生单一的反应产物，有极高的收率，并且有很好的效果。