用于骨科植入物的抗菌涂层可防止危险感染
杜克大学(Duke University)和加州大学洛杉矶分校(UCLA)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涂在骨科植入物上，从而消除植入物周围感染的机会。
在小鼠的早期试验中，这种涂层防止了所有随后的感染，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，涂层没有降低骨头与植入物融合的能力，完全被身体吸收。
该研究结果发表在9月16日的在线杂志上自然通讯．
该项目始于杜克大学生物医学工程教授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Nicholas Bernthal的会面。Nicholas Bernthal专门研究儿童骨科肿瘤和外科。他告诉塞古拉，许多儿童正在接受治疗骨癌切除大部分骨头，然后需要整形植入物。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定植的细菌的伤害。
塞古拉说:“这些孩子面临着化疗和保留肢体，甚至有时需要截肢来生存的选择，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感染因为预防感染比治疗感染要容易得多。所以我们想出了这种涂层技术，我们希望能提供一个解决方案。”
然而，植入物感染并不只发生在儿童或癌症患者身上。例如，在关节置换手术中，1%的初次翻修手术和高达7%的翻修手术会发生感染，这需要反复翻修手术和延长静脉注射抗生素的时间。然而，治疗并不总是有效的，因为这些患者的5年死亡风险高于那些被诊断患有艾滋病或乳腺癌的患者。据估计，仅在美国，种植体感染每年就给医疗保健系统造成超过86亿美元的损失。
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。这意味着细菌菌落中没有血管流过，无法将抗生素输送到病人的静脉中。唯一的办法通常是取出原来的植入物，这通常是糟糕选择中的最好选择。
一些医生已经采取了自己的解决方案，比如在闭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。这些策略都没有被证明是临床有效的。还有一种选择是植入设备制造商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，还需要经过漫长而复杂的FDA批准过程，因为植入物将进入一个新的分类。
Segura的新抗生素涂层避开了所有这些挑战。
“我们已经证明，在护理点，抗生素释放涂层保护植入物免受细菌的挑战，可以快速和安全地应用手术室而不需要修改现有的植入物。主治医师加州大学洛杉矶分校的整形外科教授，他帮助进行了实验。
这种新的抗菌涂层由两种聚合物组成，一种是防水的，另一种是与水混合良好的。两者都与医生选择的抗生素溶液结合，然后通过浸渍、涂涂或喷涂的方式直接应用于骨科植入物。当暴露在明亮的紫外线下时，这两种聚合物结合在一起并自我组装成网格状结构，从而捕获抗生素。
该反应是“点击化学”的一个例子，这是一种描述在室温下快速发生的反应，只产生单一反应产物，有极高的收率，发生在单一容器内的反应的一般方式。
“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“这种‘智能’和‘可点击’的聚合物涂层能够保护植入物不受细菌感染，并使个性化方法成为可能。”
塞古拉继续说:“我们的涂层可以个性化，因为它几乎可以使用任何抗生素。”“医生可以根据植入设备的身体部位以及在世界上任何地方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。对不同类型植入物的测试表明，在手术过程中涂层很难被擦掉。然而，一旦进入人体，这种情况就会导致聚合物降解，在两到三周的时间内慢慢释放抗生素。
在这项研究中，研究人员在植入腿部或脊柱的老鼠身上严格测试了这种涂层。20天后，涂层没有抑制骨头在种植体中的生长，并防止了100%的感染。这时间研究人员说，这段时间足以防止绝大多数这类感染的发生。
研究人员还没有在大型动物身上测试他们的涂层。由于体型较大的动物，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任务，并计划采取必要的步骤将该产品商业化。
“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，”Bernthal说。“你只需要治疗一个被感染的病人植入物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肢体。”
