En un estudio de prueba de concepto con ratones, los científicos de la Universidad Johns Hopkins muestran que un nuevo recubrimiento que hicieron con nanofibras liberadoras de antibióticos tiene el potencial de prevenir mejor al menos algunas infecciones bacterianas graves relacionadas con la cirugía de reemplazo total de articulación.
Un informe sobre el estudio, publicado en línea la semana del 24 de octubre en Actas de la Academia Nacional de Ciencias , se realizó en las articulaciones de las rodillas de los roedores, pero, según los investigadores, la tecnología tendría una "amplia aplicabilidad" en el uso de prótesis ortopédicas, como el reemplazo total de articulaciones de cadera y rodilla, así como marcapasos, stents y otros implantablesdispositivos médicos. A diferencia de otros recubrimientos en desarrollo, los investigadores informan que el nuevo material puede liberar múltiples antibióticos de forma estratégica para un efecto óptimo.
"Podemos potencialmente recubrir cualquier implante metálico que colocamos en los pacientes, desde articulaciones protésicas, varillas, tornillos y placas hasta marcapasos, desfibriladores implantables y hardware dental", dice el coautor del estudio, Lloyd S. Miller, MD, Ph.D., profesor asociado de dermatología y cirugía ortopédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
Los cirujanos e ingenieros biomédicos han buscado durante años mejores formas, incluidos los recubrimientos con antibióticos, para reducir el riesgo de infecciones que son una complicación conocida de implantar articulaciones artificiales de cadera, rodilla y hombro.
Cada año en los EE. UU., Aproximadamente del 1 al 2 por ciento de las más de 1 millón de cirugías de reemplazo de cadera y rodilla son seguidas por infecciones relacionadas con la formación de biopelículas, capas de bacterias que se adhieren a una superficie, formando una densa,matriz impenetrable de proteínas, azúcares y ADN. Inmediatamente después de la cirugía, una infección aguda causa hinchazón y enrojecimiento que a menudo se pueden tratar con antibióticos intravenosos. Pero en algunas personas, las infecciones crónicas de bajo grado pueden durar meses, causando una pérdida ósea que conduce aaflojamiento del implante y, en última instancia, falla de la nueva prótesis. Estas infecciones son muy difíciles de tratar y, en muchos casos de infección crónica, se deben retirar las prótesis y colocar a los pacientes en largos ciclos de antibióticos antes de poder implantar una nueva prótesis. El costo por pacienteMiller dice que a menudo supera los $ 100,000 para tratar una infección de prótesis asociada a una biopelícula.
Las principales desventajas de las opciones existentes para la administración local de antibióticos, como cemento cargado con antibióticos, perlas, espaciadores o polvo, durante la implantación de dispositivos médicos son que generalmente solo pueden administrar un antibiótico a la vez y la tasa de liberación no es buenacontrolado para desarrollar un mejor enfoque que aborde esos problemas, Miller se asoció con Hai-Quan Mao, Ph.D., profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins y miembro del Instituto.para NanoBioTechnology, el Instituto de Ingeniería Biomédica Whitaker y el Centro de Ingeniería de Tejidos Traslacionales.
Durante tres años, el equipo se centró en diseñar un recubrimiento plástico delgado y biodegradable que pudiera liberar múltiples antibióticos a las velocidades deseadas. Este recubrimiento está compuesto por una malla de nanofibras incrustada en una película delgada; ambos componentes están hechos de polímeros utilizados para suturas degradables.
Para probar la capacidad de la tecnología para prevenir la infección, los investigadores cargaron el recubrimiento de nanofibras con el antibiótico rifampicina en combinación con uno de los otros tres antibióticos: vancomicina, daptomicina o linezolid. "La rifampicina tiene una excelente actividad anti-biopelícula, pero no se puede usar sola porquelas bacterias desarrollarían resistencia rápidamente ", dice Miller. Los recubrimientos liberaron vancomicina, daptomicina o linezolid durante siete a 14 días y rifampicina durante tres a cinco días." Pudimos desplegar dos antibióticos contra una posible infección y garantizar que la rifampicina nunca estuvo presente como unagente único ", dice Miller.
El equipo luego usó cada combinación para recubrir los alambres de Kirschner de titanio, un tipo de alfiler utilizado en cirugía ortopédica para fijar el hueso en su lugar después de las fracturas de muñeca, los insertó en las articulaciones de la rodilla de ratones anestesiados e introdujo una cepa de Staphylococcus aureus,una bacteria que comúnmente causa infecciones asociadas a biopelículas en cirugías ortopédicas. La bacteria fue diseñada para emitir luz, lo que permite a los investigadores rastrear la infección de manera no invasiva con el tiempo.
Miller dice que después de 14 días de infección en ratones que recibieron un recubrimiento libre de antibióticos en las clavijas, todos los ratones tenían abundantes bacterias en el tejido infectado alrededor de la articulación de la rodilla, y el 80 por ciento tenía bacterias en la superficie del implantePor el contrario, después del mismo período de tiempo en ratones que recibieron alfileres con recubrimiento de linezolid-rifampicina o daptomicina-rifampicina, ninguno de los ratones tenía bacterias detectables ni en los implantes ni en el tejido circundante.
"Pudimos erradicar por completo la infección con este recubrimiento", dice Miller. "La mayoría de los otros enfoques solo disminuyen la cantidad de bacterias pero no previenen las infecciones de manera general o confiable"
Después de la prueba de dos semanas, se extrajeron cada una de las articulaciones de los roedores y los huesos adyacentes para su posterior estudio. Miller y Mao descubrieron que no solo se había prevenido la infección, sino que la pérdida ósea a menudo se veía cerca de las articulaciones infectadas, lo que crea laaflojamiento protésico en pacientes: también se había evitado por completo en animales que recibieron alfileres con el recubrimiento cargado de antibiótico.
Miller enfatizó que se necesita más investigación para probar la eficacia y seguridad del recubrimiento en humanos, y para determinar qué pacientes se beneficiarían mejor del recubrimiento: las personas con una infección anterior de la articulación protésica que reciben una nueva articulación de reemplazo, por ejemplo.
Los polímeros que usaron para generar el recubrimiento de nanofibras ya han sido utilizados en muchos dispositivos aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU., Como suturas degradables, placas óseas y sistemas de administración de medicamentos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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