En un estudio de prueba de concepto con ratones, Los científicos de la Universidad Johns Hopkins muestran que un recubrimiento novedoso 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 articulaciones.

Un informe sobre el estudio, publicado en línea la semana del 24 de octubre en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , se realizó en las articulaciones de las rodillas de los roedores, pero, los investigadores dicen, la tecnología tendría "amplia aplicabilidad" en el uso de prótesis ortopédicas, como reemplazos totales de articulaciones de cadera y rodilla, así como marcapasos, stents y otros dispositivos médicos implantables. A diferencia de otros recubrimientos en desarrollo, los investigadores informan que el nuevo material puede liberar múltiples antibióticos de una manera estratégicamente programada para un efecto óptimo.

"Potencialmente podemos recubrir cualquier implante metálico que coloquemos en pacientes, de prótesis articulares, varillas tornillos y placas para marcapasos, desfibriladores implantables y hardware dental, "dice el coautor principal del estudio Lloyd S. Miller, MARYLAND., Doctor., profesor asociado de dermatología y cirugía ortopédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.

Los cirujanos y los 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 la implantación de cadera artificial. articulaciones de rodilla y hombro.

Cada año en los EE. UU., aproximadamente del 1 al 2 por ciento de 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 pérdida ósea que conduce al aflojamiento del implante y finalmente al fracaso de la nueva prótesis. Estas infecciones son muy difíciles de tratar y, en muchos casos de infección crónica, Las prótesis deben retirarse y los pacientes deben recibir ciclos prolongados de antibióticos antes de que se pueda implantar una nueva prótesis. El costo por paciente a menudo supera los $ 100, 000 para tratar una infección de prótesis asociada a una biopelícula, Dice Miller.

Principales desventajas de las opciones existentes para la administración local de antibióticos, como cemento cargado de antibiótico, rosario, espaciadores o polvo, durante la implantación de dispositivos médicos es que, por lo general, solo pueden administrar un antibiótico a la vez y la velocidad de liberación no está bien controlada. Para desarrollar un mejor enfoque que aborde esos problemas, Miller se asoció con Hai-Quan Mao, Doctor., profesor de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins, y miembro del Instituto de NanoBioTechnology, Instituto de Ingeniería Biomédica Whitaker y Centro de Ingeniería de Tejidos Traslacional.

Más de tres años el equipo se centró en diseñar un delgado Recubrimiento de plástico biodegradable que podría liberar múltiples antibióticos a las tasas deseadas. Este recubrimiento está compuesto por una malla de nanofibras incrustada en una fina película; Ambos componentes están hechos de polímeros utilizados para suturas degradables.

Para probar la capacidad de la tecnología para prevenir infecciones, 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 puede usarse sola porque las bacterias desarrollarían rápidamente resistencia, "dice Miller. Los recubrimientos liberaron vancomicina, daptomicina o linezolid durante siete a 14 días y rifampicina durante tres a cinco días. "Pudimos implementar dos antibióticos contra una posible infección mientras nos aseguramos de que la rifampicina nunca estuviera presente como agente único, "Dice Miller.

Luego, el equipo usó cada combinación para recubrir alambres de Kirschner de titanio, un tipo de clavo que se usa en cirugía ortopédica para fijar el hueso en su lugar después de 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 con biopelículas en cirugías ortopédicas. Las bacterias fueron diseñadas para emitir luz, permitiendo a los investigadores realizar un seguimiento no invasivo de la infección a lo largo del tiempo.

Miller dice que después de 14 días de infección en ratones que recibieron una capa libre de antibióticos en los alfileres, todos los ratones tenían bacterias abundantes en el tejido infectado alrededor de la articulación de la rodilla, y el 80 por ciento tenía bacterias en la superficie del implante. A diferencia de, después del mismo período de tiempo en ratones que recibieron alfileres con recubrimiento de linezolid-rifampina o daptomicina-rifampicina, ninguno de los ratones tenía bacterias detectables ni en los implantes ni en el tejido circundante.

"Pudimos erradicar completamente 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, Cada una de las articulaciones de los roedores y los huesos adyacentes se extrajeron para su posterior estudio. Miller y Mao descubrieron que no solo se había prevenido la infección, pero la pérdida ósea que a menudo se observa cerca de las articulaciones infectadas, que crea el aflojamiento de la prótesis en los pacientes, también se había evitado por completo en los 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 en la clasificación de los pacientes que se beneficiarían más del recubrimiento:las personas con una infección de prótesis anterior que reciben una nueva articulación de reemplazo, por ejemplo.

Los polímeros que utilizaron para generar el recubrimiento de nanofibras ya se han utilizado en muchos dispositivos aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. como suturas degradables, placas óseas y sistemas de administración de fármacos.