W laboratorium Biomedical Nanoengineering Laboratory na Flinders University w Adelajdzie powstał materiał, który łączy w sobie właściwości dwóch dotąd trudnych do pogodzenia światów: metali i bioceramiki. Zespół pod kierunkiem dr Vi-Khanha Truonga oraz dr Ngoca Huu Nguyena opracował trójwymiarowe rusztowanie (tzw. 3D bioceramic scaffold) wykonane z hydroksyapatytu – naturalnego składnika ludzkiej kości – w którym zatopiono nanocząstki ciekłego metalu na bazie srebra i galu (Ag-Ga).
Czytaj też: Implant jak ziarnko kawy zmieni życie chorych na RZS. Przełomowa decyzja FDA
Wyniki opublikowane w czasopiśmie Advanced Functional Materials dowodzą, że ta kombinacja nie tylko skutecznie ogranicza rozwój bakterii, ale również przyspiesza proces zrastania się kości z implantem. To pierwsze doniesienie naukowe o udanym wprowadzeniu ciekłego metalu do bioaktywnej ceramiki nośnej, która może wytrzymywać obciążenia mechaniczne w organizmie.
Dr Vi-Khanh Truong mówi:
Nasze nowe rusztowanie bioceramiczne z nanocząstkami ciekłego metalu oferuje podwójne działanie: zwalcza infekcje i jednocześnie wspomaga regenerację tkanki kostnej. W testach wykazaliśmy znaczące ograniczenie kolonizacji bakteryjnej przy zachowaniu prawidłowej integracji z kością, co potwierdza zarówno skuteczność antybakteryjną, jak i właściwości regeneracyjne.
Implanty przyszłości, które integrują się z kością
Współczesna chirurgia ortopedyczna mierzy się z narastającym problemem infekcji pooperacyjnych, które trudno zwalczyć nawet silnymi antybiotykami. Szacuje się, że co roku w Australii wykonuje się ponad 85 tys. operacji wymiany stawów biodrowych i kolanowych, a część z nich kończy się powikłaniami wynikającymi z zakażeń. W dobie globalnego kryzysu oporności bakterii na leki każda alternatywa dla tradycyjnych metod jest na wagę złota.
Czytaj też: Nowa era leczenia stawów. Bioimplanty z AGH mogą zrewolucjonizować ortopedię
Dotychczas stosowane implanty i cementy kostne często były powlekane antybiotykami lub impregnowane nimi w celu ochrony przed infekcjami. Problem w tym, że tego rodzaju powłoki działają krótko – uwalniają leki gwałtownie, a bakterie potrafią przystosować się do ich obecności. Nowy materiał z Flinders University działa inaczej: zapewnia długotrwałą, lokalną ochronę bez konieczności „wybuchowego” uwalniania substancji.
Dr Ngoc Huu Nguyen dodaje:
Nasze podejście fundamentalnie różni się od tradycyjnych materiałów nasączanych antybiotykami. Zamiast chwilowego efektu, rusztowanie zapewnia stałą, miejscową ochronę przed infekcjami, jednocześnie wspierając proces gojenia kości.
Kluczem do sukcesu jest chemiczna stabilność nanocząstek ciekłego metalu Ag-Ga. Srebro od dawna znane jest z działania antybakteryjnego, ale połączenie go z galem pozwala utrzymać aktywność biobójczą na powierzchni materiału przez długi czas. Jednocześnie cała struktura jest wyjątkowo biozgodna – nie wywołuje reakcji zapalnych, a wręcz sprzyja osteointegracji, czyli zrastaniu się implantu z naturalną tkanką kostną.
Prof. Krasimir Vasilev, współautor badań i szef laboratorium Biomedical Nanoengineering na Flinders University, podkreśla, że chodzi o coś więcej niż tylko nowy materiał:
Nasza technologia toruje drogę dla nowej generacji materiałów do rekonstrukcji kości. Mogą one zapobiegać infekcjom bez użycia antybiotyków, a jednocześnie wzmacniać integrację tkanek i przyspieszać gojenie. To szczególnie ważne u pacjentów wysokiego ryzyka – z cukrzycą, nowotworami czy po urazach z powikłaniami.
Nowy materiał wykazuje działanie przeciwko wielu groźnym patogenom, m.in. Staphylococcus aureus, jego opornej odmianie MRSA, Pseudomonas aeruginosa czy tzw. wariantom drobnokomórkowym – bakteriom, które potrafią przetrwać w organizmie w formach uśpionych i są niemal niemożliwe do zwalczenia konwencjonalnymi antybiotykami.
Naukowcy pracują obecnie nad optymalizacją procesu produkcji oraz testami długoterminowej biokompatybilności. Kolejnym etapem będzie ocena bezpieczeństwa w badaniach klinicznych i opracowanie wersji przemysłowej, która mogłaby trafić do powszechnego użytku w szpitalach.
Jeśli projekt zakończy się sukcesem, technologia z Australii może stać się punktem zwrotnym w walce z infekcjami pooperacyjnymi i antybiotykoopornością. Implanty przyszłości nie będą już tylko biernymi elementami mechanicznego wsparcia – staną się aktywnymi uczestnikami procesu leczenia, zdolnymi do samodzielnej obrony przed patogenami.
