Dans une étude de preuve de concept avec des souris, Des scientifiques de l'Université Johns Hopkins montrent qu'un nouveau revêtement fabriqué avec des nanofibres libérant des antibiotiques a le potentiel de mieux prévenir au moins certaines infections bactériennes graves liées à la chirurgie de remplacement articulaire total.

Un rapport sur l'étude, publié en ligne la semaine du 24 octobre dans Actes de l'Académie nationale des sciences , a été menée sur les articulations du genou des rongeurs, mais, disent les chercheurs, la technologie aurait une « large applicabilité » dans l'utilisation de prothèses orthopédiques, telles que les arthroplasties totales de la hanche et du genou, ainsi que des stimulateurs cardiaques, stents et autres dispositifs médicaux implantables. Contrairement à d'autres revêtements en développement, les chercheurs rapportent que le nouveau matériau peut libérer plusieurs antibiotiques à un moment stratégique pour un effet optimal.

« Nous pouvons potentiellement revêtir n'importe quel implant métallique que nous plaçons sur des patients, des articulations prothétiques, tiges, vis et plaques aux stimulateurs cardiaques, défibrillateurs implantables et matériel dentaire, " déclare Lloyd S. Miller, co-auteur principal de l'étude, MARYLAND., Doctorat., professeur agrégé de dermatologie et de chirurgie orthopédique à la Johns Hopkins University School of Medicine.

Les chirurgiens et les ingénieurs biomédicaux ont cherché pendant des années de meilleurs moyens - y compris les revêtements antibiotiques - pour réduire le risque d'infections qui sont une complication connue de l'implantation de hanche artificielle, articulations du genou et de l'épaule.

Chaque année aux États-Unis, on estime que 1 à 2 % des plus d'un million de chirurgies de remplacement de la hanche et du genou sont suivies d'infections liées à la formation de biofilms, des couches de bactéries qui adhèrent à une surface, formant un dense, matrice impénétrable de protéines, sucres et ADN. Immédiatement après la chirurgie, une infection aiguë provoque un gonflement et une rougeur qui peuvent souvent être traités avec des antibiotiques par voie intraveineuse. Mais chez certaines personnes, les infections chroniques de bas grade peuvent durer des mois, causant une perte osseuse qui conduit au descellement de l'implant et finalement à l'échec de la nouvelle prothèse. Ces infections sont très difficiles à traiter et, dans de nombreux cas d'infection chronique, les prothèses doivent être retirées et les patients placés sur de longues cures d'antibiotiques avant qu'une nouvelle prothèse puisse être implantée. Le coût par patient dépasse souvent 100 $, 000 pour traiter une infection de prothèse associée au biofilm, dit Miller.

Principaux inconvénients des options existantes pour l'administration locale d'antibiotiques, comme le ciment chargé d'antibiotiques, perles, espaceurs ou poudre, lors de l'implantation des dispositifs médicaux sont qu'ils ne peuvent généralement administrer qu'un antibiotique à la fois et que la vitesse de libération n'est pas bien contrôlée. Pour développer une meilleure approche qui aborde ces problèmes, Miller a fait équipe avec Hai-Quan Mao, Doctorat., professeur de science et d'ingénierie des matériaux à la Whiting School of Engineering de l'Université Johns Hopkins, et membre de l'Institute for NanoBioTechnology, Whitaker Biomedical Engineering Institute et Translational Tissue Engineering Center.

Sur trois ans, l'équipe s'est concentrée sur la conception d'un revêtement en plastique biodégradable qui pourrait libérer plusieurs antibiotiques aux taux souhaités. Ce revêtement est composé d'un maillage de nanofibres noyé dans un film mince; les deux composants sont constitués de polymères utilisés pour les sutures dégradables.

Pour tester la capacité de la technologie à prévenir l'infection, les chercheurs ont chargé le revêtement de nanofibres avec l'antibiotique rifampine en combinaison avec l'un des trois autres antibiotiques :vancomycine, daptomycine ou linézolide. "La rifampine a une excellente activité anti-biofilm mais ne peut pas être utilisée seule car les bactéries développeraient rapidement une résistance, " dit Miller. Les revêtements ont libéré de la vancomycine, la daptomycine ou le linézolide pendant sept à 14 jours et la rifampicine pendant trois à cinq jours. « Nous avons pu déployer deux antibiotiques contre une infection potentielle tout en nous assurant que la rifampine n'était jamais présente en tant qu'agent unique, " dit Miller.

L'équipe a ensuite utilisé chaque combinaison pour enrober des fils de Kirschner en titane - un type de broche utilisé en chirurgie orthopédique pour fixer l'os en place après des fractures du poignet - les a insérés dans les articulations du genou de souris anesthésiées et a introduit une souche de Staphylococcus aureus, une bactérie qui provoque couramment des infections associées au biofilm dans les chirurgies orthopédiques. Les bactéries ont été conçues pour émettre de la lumière, permettant aux chercheurs de suivre de manière non invasive l'infection au fil du temps.

Miller dit qu'après 14 jours d'infection chez les souris qui ont reçu un revêtement sans antibiotique sur les broches, toutes les souris présentaient des bactéries abondantes dans les tissus infectés autour de l'articulation du genou, et 80 pour cent avaient des bactéries à la surface de l'implant. En revanche, après la même période chez les souris qui ont reçu des épingles avec un revêtement soit en linézolide-rifampine, soit en daptomycine-rifampine, aucune des souris n'avait de bactéries détectables sur les implants ou dans les tissus environnants.

"Nous avons pu éradiquer complètement l'infection avec ce revêtement, " dit Miller. " La plupart des autres approches ne font que diminuer le nombre de bactéries, mais ne préviennent généralement pas ou de manière fiable les infections. "

Après le test de deux semaines, chacune des articulations des rongeurs et les os adjacents ont été retirés pour une étude plus approfondie. Miller et Mao ont découvert que non seulement l'infection avait été évitée, mais la perte osseuse souvent observée près des articulations infectées - qui crée le descellement prothétique chez les patients - avait également été complètement évitée chez les animaux qui avaient reçu des broches avec le revêtement chargé d'antibiotiques.

Miller a souligné que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour tester l'efficacité et la sécurité du revêtement chez l'homme, et pour déterminer quels patients bénéficieraient le mieux du revêtement - les personnes ayant déjà subi une infection de l'articulation de la prothèse recevant une nouvelle articulation de remplacement, par exemple.

Les polymères qu'ils ont utilisés pour générer le revêtement en nanofibres ont déjà été utilisés dans de nombreux dispositifs approuvés par la Food and Drug Administration des États-Unis, tels que les sutures dégradables, plaques osseuses et systèmes d'administration de médicaments.