Инъекционный гидрогель, представляющий собой сеть из поперечно сшитых полимерных цепей, содержит фермент лизостафин и регенерирующий кость белок BMP-2. В новом исследовании с использованием модели небольших животных исследователи из Технологического института Джорджии показали значительное снижение инфекции, вызванной Staphylococcus aureus – распространенной инфекцией в ортопедической хирургии – наряду с регенерацией в крупных костных дефектах.
«Лечение костных инфекций в настоящее время часто требует двух операций, чтобы устранить инфекцию и вылечить поврежденную кость», – сказал Андрес Дж.
Гарсия, исполнительный директор Parker H. Институт биоинженерии и биологических наук им. Пети Технологического института Джорджии. "Наша идея заключалась в том, чтобы разработать бифункциональный материал, который выполняет обе функции за один шаг. Это будет лучше для пациента, дешевле и сократит время госпитализации. Мы показали, что можем разработать гидрогель для контроля доставки и высвобождения как антимикробного фермента, так и регенеративного белка."
Терапия на основе гидрогеля может использоваться для лечения установленных костных инфекций, а также в качестве профилактического средства во время операции для предотвращения инфекции. Об исследовании, финансируемом Национальными институтами здравоохранения, было сообщено 17 мая в журнале Science Advances.
Сегодня костные инфекции часто лечат системными антибиотиками и хирургическим вмешательством, чтобы очистить травму. Если заражение происходит с помощью имплантатов, их часто необходимо удалять.
После того, как инфекция исчезнет, может потребоваться дополнительная операция для имплантации белков, которые стимулируют рост кости и восстановление имплантата. А мертвые бактерии могут вызвать опасную воспалительную реакцию.
Гарсия и его сотрудники, включая первого автора Кристофера Джонсона, выбрали лизостафин, фермент, который убивает бактерии, расщепляя клеточные стенки, не вызывая воспаления. Фермент продолжает работать в гидрогеле после его полимеризации.
«С помощью этой стратегии мы можем избавиться от бактерий таким образом, чтобы в организме восстановилась нормальная воспалительная среда, которая позволяет кости заживать», – сказал Гарсия. «Использование лизостафина было ограничено из-за плохой стабильности в организме, но в геле он может сохранять стабильность в течение как минимум двух недель.
Это позволяет осуществлять контролируемое высвобождение в течение более длительного периода времени, чего достаточно для того, что мы пытаемся сделать."
Помимо лечения инфекций, новый метод может использоваться для предотвращения инфицирования во время операции. Например, если винт вставлялся для восстановления травмы, гидрогель может быть нанесен на резьбу винта.
Мягкий гель не повлияет на ремонт.
Следующим шагом в исследовании будет повторение исследования на крупных животных, после чего можно будет рассмотреть возможность проведения клинических испытаний, если материал окажется многообещающим.
«Механизмы, используемые для борьбы с инфекцией, зависят от вида», – отметил Гарсия. "Вот почему так важно повторить исследования на большом животном после тестирования на мышах или крысах. Демонстрация эффективности на большой животной модели станет ключевым шагом к испытаниям на людях."
Гидрогелевый материал ранее использовался в организме человека и разработан, чтобы быстро покинуть место лечения. «Гидрогель распадается на мелкие строительные блоки, которые выводятся с мочой», – сказал Гарсия. "Через несколько недель в организме не остается синтетического материала, и он заменяется нормальной заживающей тканью."