Впервые исследователи создали имплантаты трехмерных каркасов, содержащие антибиотики при высоких температурах. Эти каркасы не только поддерживают регенерацию костей, но и управляют костными инфекциями, которые могут возникнуть в результате травмы или хирургического вмешательства.
Каждый год около 4 миллионов человек во всем мире заболевают костной инфекцией после открытого перелома или операции. Золотой стандарт лечения состоит из длительной терапии антибиотиками, обычно вводимой перорально или внутривенно, и удаления инфицированной костной ткани, при которой часто остается отверстие, слишком большое для заполнения организмом посредством нормальной регенерации кости. В исследовании, опубликованном в журнале KeAi Bioactive Materials, группа исследователей из Нидерландов, Италии и Испании описывает новый подход к лечению, который они разработали – новые биоразлагаемые каркасы, высвобождающие антибиотики и биоразлагаемые, напечатанные на 3D-принтере, способные поддерживать регенерацию костей и доставлять антибиотики. в то же время.
"У каждого человека своя индивидуальная анатомия тела, которая, безусловно, требует определенного вмешательства в случае травмы костей," объясняет один из авторов исследования, Лоренцо Морони, профессор биотехнологии для регенеративной медицины института MERLN Маастрихтского университета. "Полимерные каркасы, напечатанные на 3D-принтере, обладают рядом уникальных свойств для регенерации костей: их форма может быть адаптирована к анатомии конкретного пациента, они пористые, чтобы обеспечить инфильтрацию клеток, но в то же время механически прочны, и они могут со временем разрушаться, чтобы освободить место для новообразованная кость. Однако включить антибиотики в эти каркасы непросто, поскольку процесс 3D-печати состоит из плавления материала при высоких температурах, а антибиотики чувствительны к нагреванию."
Многопрофильная группа ученых обнаружила, что покрытие антибиотиков пластинчатыми неорганическими протекторами перед их смешиванием с полимером и помещением их в трехмерные каркасы не только защищает антибактериальные агенты, но и обеспечивает более контролируемое высвобождение. Это продлило период активности противомикробного препарата и помогло поддерживать локальные концентрации антибиотиков на потенциально токсичных уровнях. В то же время клетки, контактирующие с этими каркасами, сохраняли свою жизнеспособность и могли выполнять нормальные клеточные функции, включая формирование кости – конечную цель имплантата.
По словам Марии Камара-Торрес, исследователя, руководившего исследованием, это большой прорыв в области регенерации костей. "До сих пор прямое включение антибиотиков и других биоактивных молекул в каркасы, напечатанные на 3D-принтере, ограничивалось несколькими полимерами, которые можно обрабатывать при низких температурах. Наш новый подход показывает, что библиотека полимеров может быть расширена за счет включения многих других." Она добавляет: "Мы надеемся, что наши результаты побудят ученых продолжить исследования использования пластинчатых неорганических наполнителей в сочетании с биомолекулами для повышения функциональности 3D-печатных каркасов в клинических применениях."