Inspirowana cykadami struktura PEKK o przeciwbakteryjnym działaniu

0

Zainspirowani owadami, naukowcy z USA i Chin z użyciem technologii od OsteoFab testują przeciwbakteryjne właściwości PEKK. Specjalna struktura skrzydeł owadów może przyczynić się do zmniejszenia infekcji bakteryjnych związanych z implantami ortopedycznymi.

Ogólnie rzecz biorąc, każde ciało obce w naszym organizmie może stać się potencjalnym źródłem zakażenia. Obejmuje to również wszelkiego rodzaju implanty, takie jak sztuczne zastawki, soczewki wewnątrzgałkowe, wewnętrzne stabilizatory kości, czy endoprotezy stawów. Mimo że robione są z materiałów neutralnych, nie powodujących reakcji układu immunologicznego naszego organizmu, mimo że wstawiane są w warunkach sterylnych na sali operacyjnej, każdy implant wiąże się z ryzykiem powstania infekcji – czy to w okresie pooperacyjnym, czy też po kilku latach.

Próbując temu przeciwdziałać, razem z implantem wszczepia się małe, powoli rozpuszczające się kuleczki uwalniające antybiotyk, mające na celu zwalczenie bakterii jeszcze zanim spowodują objawową infekcję, podaje się też antybiotyki ogólnoustrojowo. Nie zawsze jest to skuteczne, coraz częściej pojawiają się antybiotykooporne szczepy bakterii. Bakterie są sprytne – osiedlając się na ciele obcym tworzą biofilm, czyli zwartą strukturę odporną na działanie naszego układu odpornościowego i antybiotyków. Wówczas jedynym wyjściem jest reoperacja i usunięcie implantu.

Zakażenia są szczególnie problematyczne w ortopedii, stanowiąc w niektórych przypadkach główną przyczynę usunięcia endoprotezy. Próby przeciwdziałania temu zjawisku doprowadziły do opracowania różnego typu powłok ochronnych, zapobiegających przed osiedlaniem się bakterii na implancie, jednak do tej pory nie udało się stworzyć powłoki, która z czasem nie uległaby zużyciu – nie tylko umożliwiając rozwinięcie się infekcji, ale też generując niezwiązane z bakteriami stany zapalne.

Zupełnie nowym podejściem jest powłoka z nanomateriałów, zainspirowana cykadami. Owady te mają bowiem skrzydła pokryte strukturą z nanoigieł. Igły te, mniejsze od bakterii, fizycznie przerywają całość błon komórkowych drobnoustrojów. Naukowcy z Północno-Wschodniego Uniwersytetu w Bostonie oraz Uniwersytetu Medycznego Wenzhou (Chiny) postanowili odtworzyć bakteriobójczą nanostrukturę z użyciem technologii od OsteoFab i druku 3D. Jako materiał wybrali PEKK, porównując go z popularnym w ortopedii, należącym do tej samej rodziny, PEEK. Materiały te cechują się podobną wytrzymałością i twardością, są też zatwierdzone do użytku biomedycznego. Powierzchnia PEKK, w przeciwieństwie do PEEK, zawiera losowo rozmieszczone nierówności o średnicy rzędu 50nm.

Porównanie nanostruktury PEEK (po lewej) i PEKK (po prawej)

Na obu próbkach, po sterylizacji UV, hodowano następnie przez 5 dni bakterie najczęściej powodujące zakażenia implantów: S. epidermidis oraz P. aeruginosa. Wyniki wykazały, że na PEKK wzrost bakterii był o 37-50% mniejszy niż na PEEK, przy czym na P. aeruginosa ten efekt był silniejszy – co może być związane z różnicami w budowie ścian i błony komórkowej tych bakterii.

Porównanie wzrostu S. epidermidis na próbkach

Planowane są kolejne badania mające na celu sprawdzenie bakteriobójczych właściwości regularnego rozłożenia, średnicy nanostruktur i odległości między nimi, jak również wpływu PEKK na komórki ssaków.

Źródło: www.3ders.org

Udostępnij.

O autorze

Studentka kierunku lekarskiego. Od kilku lat pośrednio związana z branżą FDM. Wbrew pozorom, pisze nie tylko o druku 3D w medycynie.