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Remplacements articulaires plus sûrs
Les infections résultant de chirurgies de remplacement articulaire sont coûteuses et potentiellement mortelles. Maintenant, les chercheurs du MIT développent des revêtements pour implants médicaux qui peuvent être chargés de plusieurs médicaments, y compris des antibiotiques qui sont libérés au fil du temps. Le processus consiste à superposer des films antibiotiques, qui sont libérés à court terme, sur un polymère antibactérien permanent conçu pour prévenir l'infection à long terme.
Les bactéries disparaissent : Le substrat nu sur le dessus est complètement colonisé par la bactérie S. aureus après une heure d'immersion dans le plasma sanguin. Le substrat sur le fond a des couches de revêtements antibactériens et est exempt de bactéries après la même exposition.
Environ un pour cent des chirurgies de remplacement du genou et de la hanche entraînent une infection; le nombre monte à trois à cinq pour cent pour les deuxièmes chirurgies. C'est un faible taux, mais si vous êtes celui sur cent qui contracte une infection, les complications sont catastrophiques, dit Lloyd Miller , professeur adjoint de chirurgie orthopédique à l'Université de Californie à Los Angeles. Tous les tissus et matériels infectés doivent être retirés chirurgicalement et remplacés par un bloc antibiotique ; le patient ne peut pas marcher pendant six à huit semaines tout en étant traité avec des antibiotiques par voie intraveineuse pour éliminer toute trace d'infection; puis une chirurgie de révision est effectuée. Les complications dues à une infection sont également extrêmement coûteuses. Un remplacement articulaire coûte environ 30 000 $ aux États-Unis, mais faire face aux infections peut faire grimper la note à près de 150 000 $.
La plupart des infections surviennent lorsque des bactéries pénètrent dans le corps avec un implant. Mais les articulations artificielles peuvent être infectées des années plus tard lorsque des bactéries sont introduites dans la circulation sanguine lors de travaux dentaires, de coloscopies et d'autres procédures, explique Miller, qui n'est pas affilié au groupe MIT. Les revêtements orthopédiques qui ont des propriétés antibactériennes permanentes en plus d'un revêtement transitoire d'antibiotiques pourraient protéger les patients.
Bien que des revêtements antibiotiques pour de nombreux autres dispositifs médicaux aient déjà été développés, les revêtements pour les articulations posent des défis particuliers. Contrairement aux stents et autres dispositifs qui sont statiques, les articulations doivent pouvoir bouger. Ainsi, le revêtement ne doit pas être trop épais, et il ne doit pas gêner l'articulation des articulations.
Des chercheurs dirigés par Paula Hammond , professeur de génie chimique au MIT, utilisent une technique de revêtement polymère appelée assemblage couche par couche pour charger de grandes concentrations de médicaments dans les revêtements des implants sans les rendre trop épais. Le groupe de Hammond construit ces films en plongeant alternativement un implant dans des solutions de molécules chargées négativement et positivement telles que des polymères et des médicaments. La différence de charge de surface maintient chaque couche étroitement à celles au-dessus et en dessous. Ce procédé conduit à des couches de matériaux très fines, de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur. Les médicaments seront libérés lorsque les polymères se biodégradent à l'intérieur du corps.
L'alternance de couches de médicaments avec des couches d'un polymère biodégradable, plutôt que de mélanger le polymère et le médicament et d'étaler le mélange sur un implant, donne un revêtement plus mince qui contient une proportion plus élevée de médicament - jusqu'à 50 pour cent, plutôt que le plus habituel 4 pour cent. Et ces revêtements peuvent être produits à basse température et dans l'eau, plutôt que dans les conditions difficiles habituellement requises pour le traitement des polymères. Cela signifie qu'ils sont compatibles avec une gamme plus large de molécules délicates, y compris les médicaments protéiques et l'ARN thérapeutique.
Ce qui distingue cette technologie, c'est la promesse de pouvoir libérer différents médicaments de manière séquentielle, de manière contrôlée, explique Myron Spectre , professeur de chirurgie orthopédique à la Harvard Medical School. Les patients qui ont un système vasculaire médiocre qui peut compromettre la croissance osseuse, y compris les diabétiques et les gros fumeurs, pourraient bénéficier de revêtements qui libèrent des médicaments pour stimuler la formation osseuse ou la croissance des vaisseaux sanguins, en plus des antibiotiques.
La couche permanente de polymère antimicrobien sur laquelle Hammond construit les films libérant des médicaments a été précédemment développée par Alexandre Klibanov , professeur de chimie au MIT. Lorsque ces polymères sont présents sur une surface, les bactéries mourront à l'impact - le polymère perturbe la membrane cellulaire et les entrailles de la bactérie se répandent, explique Hammond. Une fois immergé dans une solution de bactéries staphylococciques pendant deux semaines, un substrat différent non traité avec les couches d'antibiotiques a été complètement colonisé par les bactéries à la fin de la première heure. Aucune bactérie ne s'est installée sur une surface du polymère de Klibanov traitée avec les films de Hammond au cours de la période de deux semaines, même après la dégradation des couches libérant le médicament. Ce travail a été publié en ligne dans le Journal de l'American Chemical Society en novembre.
Spector a travaillé avec Hammond sur des études préliminaires des revêtements chez les animaux et travaillera maintenant avec le groupe MIT pour démontrer s'ils améliorent les résultats après un remplacement articulaire. Miller de l'Université de Californie, qui a travaillé sur les implants antimicrobiens chez les animaux, note que de nombreux facteurs restent inconnus. Par exemple, nous ne savons pas pendant combien de temps nous voulons qu'un médicament soit libéré, dit-il. D'autres tests devraient rendre cela plus clair.