Хирургические операции с использованием метода костной пластики, когда различными способами восполняются дефекты кости, — одни из самых частых в ортопедии и травматологии. Только в России ежегодно выполняются сотни тысяч подобных вмешательств. Очень часто хирурги используют костные цементы на основе полиметилметакрилата, например, для фиксации эндопротезов, заполнения костных дефектов и вертебропластики – восполнения части тела позвонка. При этом врачам особенно важны составы цементов, содержащие антибиотики. Они помогают доставить препарат локально, в потенциальный очаг послеоперационной инфекции, чтобы предотвратить ее возникновение.
Состав против инфекций: создан отечественный костный цемент с наносеребром
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина создали костный цемент с антибиотиком и антибактериальным агентом на основе наночастиц серебра.
Дмитрий Копицын
Состав высвобождает до 10 раз больше антибиотика, по сравнению с аналогами.
Цемент для кости
Сейчас в России сертифицирован ряд костных цементов с антибактериальными добавками импортного производства. Однако новая разработка российских ученых может изменить ситуацию.
«Использование импортных материалов создает риски их доступности, поэтому нужны отечественные разработки. Как правило, в зарубежных композициях в качестве антимикробного агента применяется антибиотик широкого спектра действия, эффективный против грамположительных и грамотрицательных бактерий. При этом, как показал анализ, в силу особенностей структуры этих костных цементов они демонстрировали слабое высвобождение препарата. Нашей задачей было создать состав с улучшенными характеристиками, который обеспечил бы локальную "доставку" большего количества препарата и при этом оказался бы эффективным против устойчивых к антибиотикам бактерий», — объясняет Дмитрий Копицын, руководитель проекта, ведущий научный сотрудник Губкинского университета.
Серебро вместо антибиотика
Решение проблемы резистентных к антибиотикам бактерий и бактериальных биопленок (сообществ микроорганизмов, которые прикреплены друг к другу и погружены в матрикс из синтезированных ими самими полимерных молекул) ученые решили искать в использовании наночастиц серебра.
Исследование антибактериальной активности разрабатываемых материалов методом посева на твердой культуральной среде
Серебро — один из наиболее известных материалов с антибактериальными свойствами. Ионы этого металла нарушают работу ферментов бактерий, что приводит к образованию токсичных форм кислорода и гибели микроорганизмов. Однако серебро наиболее эффективно в концентрациях, которые могут быть токсичными для клеток человека, поэтому важно найти способ повысить активность металла, чтобы использовать его в минимальных количествах.
Образцы цемента с наночастицами серебра
Исследователи Губкинского университета начали работу над антибактериальным агентом на основе наночастиц серебра в 2020 году. На первом этапе совместно с учеными Института физической химии и электрохимии имени А.Н. Фрумкина РАН, Химического института Сан Карлоса (Бразилия) и Медицинского университета Караганды (Казахстан) был разработан инновационный материал с антибактериальным и антибиопленочным эффектом – композит из наночастиц серебра и фосфорномолибденовой кислоты на носителе из природного минерала галлуазита. Он убивает бактерии без использования антибиотиков и может использоваться в составе покрытий хирургических инструментов, для обработки операционных и других помещений, где нужна защита от бактериальных загрязнений.
Костный цемент с комбинированным действием
Создание первого отечественного костного цемента с антибиотиком и антибактериальным агентом на основе наночастиц серебра стало следующим этапом проекта.
Чтобы улучшить показатели высвобождения антибиотика, были исследованы различные варианты составов костного цемента. В результате разработан композитный состав с наночастицами серебра, иммобилизированными на наноструктурированном носителе, что повысило их антибактериальные свойства. В основе состава — традиционные акриловые полимеры, которые были модифицированы наноматериалами на основе фибриллярной целлюлозы и частиц серебра.
По сравнению с импортными аналогами, новый состав позволяет высвобождать гораздо больше антибиотика. Наночастицы серебра уничтожают бактерии и бактериальные биопленки, характеризующиеся антибиотикорезистентностью. Лабораторные исследования подтвердили, что комбинированное противомикробное действие наночастиц серебра и антибиотика может способствовать снижению риска возникновения послеоперационных инфекций.
Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда.