Un team di ricercatori ha sviluppato un rivestimento ibrido per protesi costituito da argento antibatterico e da un antibiotico per proteggere i pazienti da future infezioni.
I ricercatori del Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials IFAM (Istituto per la tecnologia di produzione e materiali avanzati) hanno sviluppato un rivestimento ibrido costituito da argento antibatterico e da un antibiotico in grado di proteggere i pazienti che hanno una protesi dal rischio di infezioni. La scelta dell'antibiotico è dettata dai requisiti unici del paziente per una protezione ancora migliore.
L'idea, ora parte del progetto AntiSelectInfekt, è stata sviluppata quattro anni fa presso il Fraunhofer Institute for Manufacturing Technology and Advanced Materials di Brema. "Il trattamento delle superfici è una delle aree in cui il nostro istituto è specializzato. Applicare queste competenze alla medicina è stata una scelta naturale", afferma Kai Borcherding, Head of Medical Technology and Life Sciences di Fraunhofer IFAM.
Perché ridurre il rischio di infezioni è una questione fondamentale
Nonostante le tecnologie e la medicina all'avanguardia, l'innesto di protesi al ginocchio, alla spalla o all'anca non è privo di rischi. In media, l'
1-2% del totale dei pazienti svilupperà un'infezione dopo l'operazione. Se il livello di malessere è talmente elevato da rendere necessario un altro intervento chirurgico, la percentuale di infezione sale fino al 4% del totale dei casi, dichiara Fraunhofer.
Anche se il rischio individuale è nella fascia percentuale più bassa, l'infezione colpisce molti pazienti a causa della frequenza degli interventi chirurgici. In considerazione degli sviluppi demografici, anche il numero di interventi per impiantare protesi aumenterà costantemente. Se gli antibiotici somministrati non funzionano, il processo di guarigione potrebbe essere lungo e doloroso o l'impianto dovrà essere sostituito.
Questo nuovo approccio promette di ridurre significativamente il rischio di infezione, dichiara Fraunhofer.
Il progetto AntiSelectInfekt
I ricercatori di Fraunhofer hanno sviluppato, testato e implementato l'idea di questo rivestimento ibrido attraverso il progetto AntiSelectInfekt, sviluppato in collaborazione con i ricercatori del Julius Wolff Institute e del BIH Center for Regenerative Therapies (BCRT) of Charité di Berlino. I risultati sono promettenti.
"Gli studi preclinici hanno dimostrato che questo rivestimento ibrido riduce efficacemente il tasso di infezione", spiega il professor Britt Wildemann, responsabile degli studi sull'efficacia e sulla biocompatibilità a Berlino ed ora a capo della sezione Experimental Trauma Surgery (chirurgia traumatologica sperimentale) presso l'University Hospital di Jena.
Sebbene l'idea di rivestire gli impianti non è nuova - poiché la capacità dell'argento e degli antibiotici di combattere le infezioni associate agli impianti è stata a lungo studiata - la novità consiste nel combinare questi due elementi e migliorare quindi la protezione attiva contro i batteri.
Un altro vantaggio deriva dal fatto che i ricercatori hanno sviluppato un processo che consente loro di utilizzare un antibiotico su misura per le esigenze del paziente.
La speciale tecnologia di rivestimento sviluppata da Fraunhofer IFAM regola anche il rilascio delle sostanze antimicrobiche: mentre l'antibiotico viene rilasciato completamente una volta che l'impianto è in posizione, le particelle d'argento agiscono gradualmente vicino alla superficie per un periodo di tempo più lungo, fornendo così una protezione duratura che prosegue nella fase di guarigione.
Il processo di rivestimento e come funziona la tecnologia
Il processo di rivestimento si basa su tecnologie collaudate ulteriormente sviluppate appositamente per il progetto.
"Il primo passo consiste nell'applicare una struttura alla superficie dell'impianto in titanio utilizzando un laser, creando uno strato poroso", spiega Borcherding. "Sulla superficie in titanio compaiono piccoli pori di dimensioni micrometriche e invisibili a occhio nudo. Questi pori sono a forma di anfora, il che significa che sono più stretti sopra e più larghi sotto. Per quanto riguarda il secondo step, i ricercatori applicano uno strato contenente particelle d'argento attraverso il processo di deposizione fisica del vapore".
Questi pori a forma di anfora possono essere riempiti durante l'intervento: appena prima dell'innesto, il chirurgo immerge l'impianto sterile con il rivestimento in argento in una soluzione contenente l'antibiotico.
"Abbiamo osservato negli studi preclinici che l'intero processo è molto semplice e richiede solo pochi minuti", afferma il professor Wildemann. "Una volta che l'impianto è stato posizionato, che si tratti di un'articolazione dell'anca, del ginocchio o della spalla, l'antibiotico inizia a rilasciare le sostanze nel tessuto circostante, uccidendo prontamente tutti i batteri che potrebbero causare un'infezione. Il rivestimento in argento ha effetto ritardante e dura molto più a lungo. Gli ioni d'argento rimangono attivi per diverse settimane e offrono protezione dalle infezioni durante la fase di guarigione".
Il processo di sviluppo
La biocompatibilità e l'osteointegrazione, ovvero il processo di integrazione dell'impianto attraverso la formazione di nuovo osso, sono state studiate
sia in test di laboratorio con cellule ossee umane che su modello animale. "Una delle difficoltà incontrate durante la fase di sviluppo è stata quella di garantire che la concentrazione di antibiotico fosse abbastanza alta da uccidere i batteri, ma non così elevata da danneggiare le cellule ossee in crescita", spiega Borcherding.
I pori applicati sulla superficie del titanio con il trattamento laser garantiscono anche una migliore aderenza ossea.
"Il nostro studio ha dimostrato che modificare la superficie aumenta l'area di contatto con l'osso: dell'89% con gli impianti a cui è stato applicato il rivestimento ibrido rispetto al solo 52% di contatto con l'osso del gruppo di controllo. Siamo stati anche in grado di dimostrare che le cellule crescono nei pori a forma di anfora e quindi di posizionare l'impianto in modo molto più efficace", spiega il Prof. Wildemann.
Il progetto ha già riscosso grande interesse tra i produttori di impianti e i fornitori di rivestimenti, in quanto non è necessario sviluppare nuovi impianti per il processo, poiché è possibile rivestire i prodotti già disponibili.
Le discussioni con i produttori si stanno intensificando nella fase finale del progetto per garantire che la tecnologia possa essere utilizzata per i pazienti nel prossimo futuro.