Un nou tip de suprafaţă pentru implanturi din titan ar putea reduce semnificativ riscul de infecţii şi ar putea îmbunătăţi vindecarea osoasă. Tehnologia permite eliminarea rapidă a bacteriilor fără antibiotice şi susţine integrarea implantului în os, printr-un mecanism activat de lumină.
Infecţiile asociate implanturilor reprezintă o problemă majoră în practica ortopedică. Odată ce bacteriile aderă la suprafaţa implantului şi formează biofilme, acestea devin rezistente la antibiotice şi pot evita sistemul imunitar.
Pacienţii ajung frecvent la intervenţii chirurgicale repetate pentru curăţarea infecţiilor şi la noi operaţii pentru înlocuirea sau refacerea implantului, urmând şi tratamente îndelungate cu antibiotice în doze mari. Aceste intervenţii cresc durata recuperării, costurile şi riscul de rezistenţă la antibiotice şi nu previn întotdeauna reapariţia infecţiei.
Acum, o echipă de cercetători de la Departamentul de Ortopedie şi Traumatologie al Facultăţii de Medicină Clinică LKS, Universitatea din Hong Kong (HKUMed), a dezvoltat o suprafaţă de titan activabilă prin radiaţie în infraroşu apropiat (NIR).
După doar 15 minute de iradiere, aceasta elimină 99,94% din biofilmele formate d bacteria Staphylococcus aureus (stafilococul auriu), fără utilizarea antibioticelor, şi favorizează simultan integrarea implantului în os.
Profesorul Kelvin Yeung Wai-kwok, coordonatorul studiului, a arătat că infecţiile asociate implanturilor reprezintă una dintre principalele cauze ale eşecului acestor dispozitive medicale.
Colonizarea bacteriană şi formarea biofilmelor pot provoca inflamaţie persistentă, afectează stabilitatea implantului şi pot duce, în final, la desprinderea şi eşecul acestuia.
Stratul natural de dioxid de titan (TiO2) de pe suprafaţa implanturilor este compatibil cu organismul, dar nu oferă protecţie activă împotriva infecţiilor şi nu stimulează creşterea osoasă.
În acest context, cercetătorii au modificat suprafaţa titanului pentru a crea o structură foarte fină, de tip fagure, iar apoi au aplicat un tratament cu hidrogen care schimbă compoziţia stratului de la suprafaţă, astfel încât acesta să poată fi activat prin lumină, rezultând o suprafaţă „inteligentă”, activabilă de la distanţă.
Sub iradiere NIR, această suprafaţă produce specii reactive de oxigen şi generează un efect termic local moderat, care distruge rapid structura biofilmului şi omoară bacteriile.
În experimentele de laborator, o singură expunere de 15 minute a eliminat 99,94% din infecţia cu Staphylococcus aureus. Într-un model experimental pe şobolani, procentul de eliminare a biofilmelor a fost de 91,58%.
Comparativ cu implanturile din titan nemodificat, noua suprafaţă a redus semnificativ formarea de colecţii purulente şi inflamaţia locală şi a dus la o creştere semnificativă a formării de os nou în jurul implantului.
Analizele histologice au arătat prezenţa unui număr mare de bacterii în cazul implanturilor convenţionale, în timp ce pe suprafaţa modificată bacteriile au fost aproape absente.
Pe lângă efectul antibacterian, tehnologia influenţează şi răspunsul imun local.
Aceasta determină trecerea macrofagelor (celule implicate în inflamaţie) de la un profil proinflamator prelungit la unul favorabil vindecării şi remodelării tisulare. În acest mod se creează un mediu osteoimun mai favorabil, care atrage mai multe celule implicate în formarea osului şi le stimulează maturarea către celule specializate care formează os.
Rezultatul este o integrare mai rapidă şi mai stabilă a implantului în os, care previne infecţia şi accelerează fuziunea osoasă.
Autorii subliniază că strategia nu utilizează antibiotice sau alte substanţe active suplimentare.
Tehnologia se bazează pe materiale deja utilizate în implanturi şi pe procese de fabricaţie cunoscute, ceea ce poate facilita aprobarea rapidă a tehnologiei şi aplicarea sa clinică.
Potrivit cercetătorilor, care şi-au publicat în revista Cell Biomaterials, această abordare ar putea îmbunătăţi rezultatele intervenţiilor ortopedice şi ar putea fi utilizată pentru o gamă largă de implanturi, inclusiv proteze articulare, dispozitive pentru fixarea fracturilor, implanturi dentare şi craniofaciale.
Într-un model experimental la şobolani, cu implant tibial, la 14 zile după intervenţie, titanul convenţional (stânga sus) prezenta exsudat şi colecţii purulente evidente, semn al unei infecţii locale severe şi a inflamaţiei. În schimb, suprafaţa nano-structurată tratată cu hidrogen (dreapta sus) nu prezenta exsudat sau colecţii purulente vizibile. Analiza secţiunilor tisulare colorate a evidenţiat numeroase bacterii (vizibile ca puncte roşii în imagini) în cazul titanului convenţional la 14 zile, în timp ce în cazul suprafeţei nano-structurate bacteriile erau aproape absente, ceea ce confirmă eficienţa antibacteriană superioară a acestei abordări în condiţii in vivo. Sursa: Cell Biomaterials
