Les arthroplasties sont parmi les chirurgies électives les plus courantes, mais environ un patient sur 100 souffre d'infections post-chirurgicales, transformer une procédure de routine en une épreuve coûteuse et dangereuse. Maintenant, des chercheurs du Stevens Institute of Technology ont développé une "surface auto-défensive" pour ces implants qui libèrent des micro-doses ciblées d'antibiotiques à l'approche des bactéries, potentiellement réduire fortement les taux d'infection.
L'oeuvre, dirigé par Matthew Libera, professeur de science des matériaux à Stevens, décrit un procédé pour revêtir des surfaces d'implants avec un réseau de microgels :taches, 100 fois plus petit que le diamètre d'un cheveu humain, capable d'absorber certains antibiotiques. Le comportement des microgels est régulé par des charges électriques, et l'activité électrique d'un microbe qui s'approche les fait fuir des antibiotiques, empêcher les infections de s'enraciner.
Les microgels pourraient être appliqués à une large gamme de dispositifs médicaux, y compris les valves cardiaques, échafaudages en tissu, et même des sutures chirurgicales - et avec le seul marché des implants de hanche qui devrait atteindre 9,1 milliards de dollars d'ici 2024, la technologie a un potentiel commercial important. L'armée des États-Unis, qui a aidé à financer la recherche, est également intéressé par le déploiement de la technologie dans les hôpitaux de campagne, où les infections surviennent actuellement dans un quart des blessures de combat.
« L'impact potentiel pour les patients, et pour le système de santé, est énorme, " dit Libera, qui préside la Conférence Stevens sur les interactions bactéries-matériaux. Le candidat au doctorat de Stevens Jing Liang et le professeur de génie biomédical Hongjun Wang ont collaboré à l'étude, qui paraît dans le journal Biomatériaux .
Les infections post-chirurgicales sont difficiles à vaincre car, à mesure que les microbes colonisent les surfaces, ils forment des couches résistantes aux antibiotiques appelées biofilms. Libera et son équipe perturbent ce cycle en tuant les microbes avant qu'ils ne puissent prendre pied. "Il suffit d'une bactérie pour provoquer une infection, " dit Libera. " Mais si nous pouvons prévenir l'infection jusqu'à ce que la guérison soit complète, alors le corps peut prendre le relais."
Contrairement aux traitements conventionnels qui inondent tout le corps d'antibiotiques, l'approche de l'équipe Stevens est très ciblée, libérant de minuscules quantités d'antibiotiques pour tuer les bactéries individuelles. Cela réduit considérablement les pressions sélectives qui donnent naissance à des "superbugs" résistants aux antibiotiques - une grande amélioration par rapport aux traitements systémiques et aux approches locales telles que le mélange d'antibiotiques dans du ciment osseux, libérant des ordres de grandeur moins d'antibiotiques dans le système du patient.
D'autres surfaces d'autodéfense actuellement en développement reposent sur les sous-produits métaboliques des microbes pour déclencher la libération d'antibiotiques, une approche moins sûre que la méthode de Libera, qui peut tuer même les bactéries dormantes. Les microgels de l'équipe sont également remarquablement résistants, survivre à la stérilisation à l'éthanol et rester stable pendant des semaines à la fois. Les microgels répondent également de manière appropriée aux tissus humains, conservant leur charge antibiotique jusqu'à ce qu'elle soit nécessaire et favorisant une croissance osseuse saine autour des surfaces traitées.
Pour appliquer des microgels sur un dispositif médical tel qu'une articulation du genou, les chirurgiens pouvaient tremper l'appareil dans un bain spécialement préparé pendant quelques secondes; une brève immersion dans un deuxième bain chargerait alors les microgels avec des antibiotiques. En théorie, les chirurgiens pourraient préparer des dispositifs à la demande, juste avant de les implanter, en utilisant des antibiotiques adaptés aux facteurs de risque spécifiques d'un patient.
Jusqu'à présent, l'approche a été testée in vitro, et l'équipe travaille toujours pour affiner les microgels et leur permettre de fournir une plus large gamme d'antibiotiques. Obtenir l'approbation de la Food and Drug Administration des États-Unis sera délicat, étant donné le caractère innovant de la technologie, mais l'équipe de Libera travaille avec des partenaires de l'industrie pour planifier d'autres démonstrations.
