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Reemplazos de articulaciones más seguros
Las infecciones que resultan de las cirugías de reemplazo de articulaciones son costosas y potencialmente mortales. Ahora, los investigadores del MIT están desarrollando recubrimientos para implantes médicos que se pueden cargar con múltiples medicamentos, incluidos los antibióticos que se liberan con el tiempo. El proceso implica colocar capas de películas de antibióticos, que se liberan a corto plazo, sobre un polímero antibacteriano permanente diseñado para prevenir infecciones a largo plazo.
Las bacterias se han ido: El sustrato desnudo en la parte superior está completamente colonizado por la bacteria S. aureus después de una hora sumergida en plasma sanguíneo. El sustrato en la parte inferior tiene capas de recubrimientos antibacterianos y está libre de bacterias después de la misma exposición.
Aproximadamente el uno por ciento de las cirugías de reemplazo de rodilla y cadera resultan en una infección; el número aumenta del tres al cinco por ciento para las segundas cirugías. Es una tasa baja, pero si usted es uno de cada cien que contrae una infección, las complicaciones son catastróficas, dice Lloyd Miller , profesor asistente de cirugía ortopédica en la Universidad de California, Los Ángeles. Todo el tejido y el hardware infectados deben extraerse quirúrgicamente y reemplazarse con un bloque de antibióticos; el paciente no puede caminar durante seis a ocho semanas mientras recibe tratamiento con antibióticos por vía intravenosa para eliminar todo rastro de infección; y luego se realiza una cirugía de revisión. Las complicaciones debidas a la infección también son enormemente caras. Un reemplazo de articulación cuesta alrededor de $ 30,000 en los Estados Unidos, pero lidiar con las infecciones puede elevar la cuenta a casi $ 150,000.
La mayoría de las infecciones ocurren cuando las bacterias ingresan al cuerpo con un implante. Pero las articulaciones artificiales pueden infectarse años después cuando se introducen bacterias en el torrente sanguíneo durante el trabajo dental, las colonoscopias y otros procedimientos, dice Miller, que no está afiliado al grupo MIT. Los recubrimientos ortopédicos que tienen propiedades antibacterianas permanentes además de una capa transitoria de antibióticos podrían mantener protegidos a los pacientes.
Aunque ya se han desarrollado recubrimientos antibióticos para muchos otros dispositivos médicos, los recubrimientos para articulaciones plantean desafíos particulares. A diferencia de los stents y otros dispositivos que son estáticos, las articulaciones deben poder moverse. Por lo tanto, el revestimiento no puede ser demasiado grueso y no debe interferir con la articulación de la articulación.
Investigadores liderados por Paula Hammond , profesor de ingeniería química en el MIT, están utilizando una técnica de recubrimiento de polímero llamada ensamblaje capa por capa para cargar grandes concentraciones de medicamentos en los recubrimientos de implantes sin hacerlos demasiado espesos. El grupo de Hammond construye estas películas sumergiendo un implante alternativamente en soluciones de moléculas cargadas negativa y positivamente, como polímeros y fármacos. La diferencia en la carga de la superficie mantiene cada capa firmemente a las que están encima y debajo de ella. Este proceso conduce a capas muy delgadas de materiales, del orden de decenas de nanómetros de espesor. Los medicamentos se liberarán cuando los polímeros se biodegraden dentro del cuerpo.
La alternancia de capas de medicamentos con capas de un polímero biodegradable, en lugar de mezclar polímero y medicamento y untar la mezcla en un implante, da como resultado una capa más delgada que contiene una mayor proporción del medicamento, hasta un 50 por ciento, en lugar de la más habitual. 4 por ciento. Y estos recubrimientos se pueden producir a bajas temperaturas y en agua, en lugar de en las duras condiciones que generalmente se requieren para el procesamiento de polímeros. Esto significa que son compatibles con una gama más amplia de moléculas delicadas, incluidos fármacos proteicos y ARN terapéutico.
Lo que distingue a esta tecnología es la promesa de poder liberar diferentes fármacos de forma secuencial, de forma controlada, dice Myron Spector , profesor de cirugía ortopédica en la Escuela de Medicina de Harvard. Los pacientes que tienen un sistema vascular deficiente que puede comprometer el crecimiento óseo, incluidos los diabéticos y los fumadores empedernidos, podrían beneficiarse de los recubrimientos que liberan medicamentos para estimular la formación ósea o el crecimiento de los vasos sanguíneos, además de los antibióticos.
La capa permanente de polímero antimicrobiano sobre la que Hammond construye las películas liberadoras de fármacos fue desarrollada previamente por Alexander Klibanov , profesor de química en el MIT. Cuando estos polímeros están presentes en una superficie, las bacterias mueren con el impacto: el polímero rompe la membrana celular y las tripas de las bacterias se derraman, dice Hammond. Cuando se sumergió en una solución de estafilococos durante dos semanas, un sustrato diferente sin tratar con las capas de antibióticos fue completamente colonizado por bacterias al final de la primera hora. Ninguna bacteria se apoderó de una superficie del polímero de Klibanov tratado con películas de Hammond durante el período de dos semanas, incluso después de que las capas liberadoras de fármaco se degradaron. Este trabajo fue publicado en línea en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense en noviembre.
Spector ha trabajado con Hammond en estudios preliminares de los recubrimientos en animales y ahora trabajará con el grupo del MIT para demostrar si mejoran los resultados después de un reemplazo de articulación. Miller, de la Universidad de California, que ha trabajado en implantes antimicrobianos en animales, señala que aún se desconocen muchos factores. Por ejemplo, no sabemos durante cuánto tiempo queremos que se libere un medicamento, dice. Más pruebas deberían aclarar esto.