Команда учёных из Северо-Восточного университета в Бостоне (Массачусетс) и Медицинского университета Вэньчжоу в Китае нашла вдохновение в образе цикады для создания устойчивых к инфекциям 3D-печатных ортопедических имплантатов из материала PEKK.

При ортопедических операциях всегда существует риск того, что пациент, которому устанавливается имплантат, перенесет инфекцию, вызванную наличием в организме неорганического устройства. Как правило, для борьбы с бактериями, провоцирующими подобного рода инфекции, используются антибиотики. К сожалению, такая терапия во многих случаях не оказывает должного эффекта.

Одним из вариантов решения данной проблемы является постоянное совершенствование медицинских препаратов, однако учёные предложили несколько иной и весьма новаторский путь: разработать имплантаты, которые будут обладать антибактериальными свойствами, чтобы после имплантации пациенты могли обойтись без антибиотикотерапии.

Команда вышеупомянутых учёных состоит из Маяна Вонга, Гарима Бхардвая и Томаса Дж. Вебстера. Исследователей вдохновили крылья цикады, ведь их особые топографические функции позволяют  естественным образом отталкивать бактерии.

Изучая крылья цикады, учёные пришли к выводу, что смогут воссоздать наноструктурированную поверхность крыла с помощью 3D-печати и использовать её функции для создания антибактериальных имплантатов.

Ещё одной важной частью исследования стало использование PEKK (полиэфиркетонкетон) в качестве материала для 3D-печати. Как поясняется в исследовании, «наноструктурная поверхность была изготовлена ​​из полиэфиркетонкетона (PEKK), нового пластика для ортопедических имплантатов, состоящего из нанопилларов со случайным интерполяционным расстоянием».

3D-печатные образцы PEKK, изготовленные Oxford Performance Materials с использованием технологии OsteoFab, были протестированы в лаборатории с использованием ряда распространенных типов бактерий и, в частности, были сопоставлены с образцами из PEEK, стандартного материала для ортопедической промышленности.

Буквально через несколько дней после начала эксперимента образцы PEKK продемонстрировали удивительные результаты. В частности, через пять дней, проведённых в лаборатории, образец PEKK содержал на 37% меньше бактерий Staphylococcus, чем его аналог, изготовленный из PEEK.

Кроме того, исследователи обнаружили 28-процентное снижение количества Pseudomonas aeruginosa - других бактерий, ответственных за инфекции, связанные с имплантацией, - после всего лишь одного дня тестирования и 50% по прошествии пяти дней. Удивительно, но такие впечатляющие результаты были получены без каких-либо антибиотиков.

«Данное исследование подтверждает тот факт,  что наноструктурированный PEKK может успешно применяться для установления различных антиинфекционных имплантатов», - говорится в резюме исследования.

Результаты исследования демонстрируют, что существует возможность существенно уменьшить количество бактериальных инфекций, вызванных ортопедическими имплантатами, с использованием 3D-печатных наноструктур из материала PEKK.

Исследование, получившее название «Антибактериальные свойства PEKK и их применение в ортопедии», было недавно опубликовано в International Journal of Medicine. Ознакомиться с его полным содержанием можно здесь.

Источник