用于骨科植入物的抗菌涂层可防止危险感染
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。
在小鼠的早期试验中，这种涂层可以防止所有随后的感染，即使没有注射抗生素进入血液，这是目前的治疗标准。20天后，涂层并没有降低骨头与植入物融合的能力，完全被身体吸收。
研究结果发表在9月16日的杂志上自然通讯．
该项目始于杜克大学生物医学工程教授塔蒂亚娜·塞古拉(Tatiana Segura)与加州大学洛杉矶分校大卫·格芬医学院(David Geffen School of Medicine)临时主席兼执行医学主任尼古拉斯·伯恩塔尔(Nicholas Bernthal)的会面，后者专门从事儿科骨科肿瘤学和外科手术。他告诉塞古拉，许多儿童正在接受治疗骨癌切除大部分的骨头，然后需要骨科植入物。但由于患者通常也在接受化疗，他们的免疫系统很弱，特别容易受到植入物表面细菌的侵袭。
塞古拉说:“这些孩子面临着接受化疗和保留肢体的选择，甚至有时需要截肢才能生存，这对我来说听起来很可怕。”“他们真正需要的是在植入物上摩擦一些东西来阻止疼痛感染因为预防感染比治疗感染容易得多。所以我们提出了这种涂层技术，我们希望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所特有的。例如，对于关节置换手术，感染发生在1%的初次手术和高达7%的翻修手术中，这需要反复翻修手术和长时间静脉注射抗生素。然而，治疗并不总是有效，因为这些患者的五年死亡风险高于那些被诊断患有艾滋病毒/艾滋病或乳腺癌的患者。据估计，仅在美国，种植体感染每年就花费医疗保健系统超过86亿美元。
治疗这些感染的挑战之一是细菌会在植入物本身的表面定植。这意味着没有血管流经细菌菌落，将抗生素输送到患者的静脉中。唯一的办法通常是取出原来的植入物，这通常是坏的选择中最好的。
一些医生采取了自己的解决方案，比如在缝合手术伤口时使用抗生素粉，或者在用于固定植入物的骨水泥中注入抗生素。这两种方法都没有被证明是临床有效的。植入物制造商也可以选择在他们的设备中添加抗生素特性。但这将大大缩短产品的保质期，而且还需要经过漫长而复杂的FDA批准过程，因为植入物将被归入新的分类。
Segura的新型抗生素涂层避开了所有这些挑战。
“我们已经证明，一种即时释放抗生素的涂层可以保护植入物免受细菌的侵袭，并且可以快速安全地应用于口腔手术室而不需要修改现有的植入物。主治医师他帮助进行了实验。
这种新型抗菌涂层由两种聚合物制成，一种能防水，另一种能与水很好地混合。两者与医生选择的抗生素溶液结合，然后通过浸渍、涂漆或喷洒直接应用于骨科植入物。当暴露在明亮的紫外线下时，两种聚合物结合在一起并自组装成网格状结构，从而捕获抗生素。
该反应是“咔哒化学”的一个例子，这是一种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，具有极高的产率，并且发生在单一容器内。
“这项研究是点击化学力量的一个很好的例子生物医学应用现在是Illumina公司高级科学家的奚伟贤说，他在这项研究期间是加州大学洛杉矶分校的博士后研究员。“这种‘智能’和‘可点击’的聚合物涂层可以保护植入物免受细菌感染，并使个性化方法成为可能。”
Segura继续说:“我们的涂层可以个性化，因为它几乎可以使用任何抗生素。”“医生可以根据设备植入身体的哪个部位，以及在世界各地进行手术的地方常见的病原体来选择抗生素。”
化学聚合物网格对金属也有亲和力。对各种类型的植入物进行的测试表明，在手术过程中，涂层很难被擦掉。然而，一旦进入体内，这种情况会导致聚合物降解，在两到三周的时间内缓慢释放抗生素。
在这项研究中，研究人员在植入腿部或脊柱的小鼠身上严格测试了这种涂层。20天后，涂层没有抑制骨头生长到植入物中，并防止了100%的感染。这时间研究人员说，这段时间足够防止绝大多数这类感染的发生。
研究人员还没有在更大的动物身上测试这种涂层。由于体型较大的动物——比如人类——骨骼较大，需要更大的植入物，因此有更大的表面积来防止细菌感染。但研究人员相信他们的发明能够完成这项任务，并计划采取必要的步骤将产品商业化。
“我们相信这项跨学科的工作代表了外科植入物的未来，提供了一个应用点涂层将植入物从感染热点转变为‘智能’抗菌疗法，”伯恩索尔说。“你只需要治疗一个感染病毒的病人植入物要意识到这对病人的护理有多大的改变——挽救许多人的生命和四肢。”
