Ученые разработали новый полимерный биокомпозит. Он содержит в себе антибиотик, который выходит из материала только при появлении опасных бактерий. Исследование опубликовано в журнале Polymer International.
Примерно у 2–3% пациентов с сердечными клапанами развивается воспаление, называемое эндокардитом. Виновны в этом бактерии, которые иногда селятся на поверхности имплантов. Такая проблема касается не только сердечных клапанов, но и других видов имплантов. Победить инфекцию можно разными способами. Среди них прием антибиотиков, хирургическое вмешательство, модификация поверхности протезов частицами серебра с выраженными антибактериальными эффектами. Но одним из самых перспективных способов борьбы с бактериями является создание протезного материала, в который изначально встроен антибиотик. При этом в идеале лекарство должно выходить из материала только при обнаружении инфекции, чтобы не расходоваться впустую и не вызывать побочные токсические эффекты.
«Мы иммобилизовали антибиотик широкого спектра действия амикацин на полисахариде под названием декстран, а потом на основе этого материала сделали биокомпозит. У человека нет декстраназы — фермента, разлагающего декстран, но зато его производят бактерии. Поэтому, как только они атакуют биокомпозит, их ферменты начинают его разлагать, и из композита выходят химические соединения амикацина, которые тоже, как и чистый амикацин, обладают выраженным антибактериальным действием. Так мы разработали материал, который способен в ответ на бактериальную атаку точечно высвобождать антибиотик», — рассказал первый автор исследования, профессор РХТУ имени Д.И. Менделеева Валерий Дятлов.
Для разработки биокомпозитов авторы сделали две ксеноматрицы, то есть клеточные матрицы, полученные после химической обработки живых тканей. Их основами стали перикард, ткань наружной оболочки сердца, и глиссоновая капсула, ткань оболочки печени. Их уже давно применяют для создания медицинских протезов.
«Мы синтезировали биокомпозит в несколько этапов. Сначала декстран обрабатывали эпихлоргидрином, и так на нем появлялись эпоксидные группы — за счет них декстран связывался с амикацином и получался гель. Потом гель наносили на ксеноматериалы, и он химически сшивался с ними, пропитывая ксеноматериалы на определенную глубину. Толщина полученного биокомпозита из перикарда составляла 0,42 мм, а из глиссоновой капсулы — 0,15 мм, в то время как глубина проникновения декстрана в них равнялась 0,10 и 0,03 мм соответственно», — пояснила другой автор работы, сотрудница РХТУ Анна Лусс.
Разработав биокомпозиты, ученые перешли к модельным экспериментам. Они проводились с чистой декстраназой. Ученые выяснили, что из биокомпозита на основе глиссоновой капсулы весь амикацин выделялся за 2 часа, а на основе перикарда — за 24 часа. Антибактериальную активность разработанных материалов исследователи проверили на бактериях S. aureus, B. subtilis и S. pyogenes. После 24 часов наблюдения ученые зафиксировали, что рост бактерий подавлялся в зоне вокруг ксеноматериалов, а также под ними и на их поверхности. Способность материала удерживать лекарство, чтобы не расходовать его без нужды, авторы проверили на лабораторных кроликах. Даже через 12 суток весь амикацин оставался внутри. Также ученые выяснили, какие факторы определяют скорость выделения антибиотика.
«Оказалось, что быстрота ответа на бактериальную атаку определяется скоростью диффузии продуктов гидролиза модифицированного амикацином декстрана — то есть прошла реакция где-то в глубине ксеноматериала, выделились гликозиды амикацина, а дальше они должны дойти до поверхности, и скорость этого процесса определяет общую скорость выделения антибиотика. Если эта стадия лимитирующая, то получается, что скорость выделения антибиотика определяется толщиной слоя геля, пропитавшего ксеноматериал. Если хочется, чтобы вещество выделялось медленно и имплант выдержал много бактериальных атак, то делаешь биокомпозит толще. А если врачи уверены, что рассчитывать на серию атак не надо, тогда делаешь композит тоньше, из которого выделение антибиотика будет более резкое и с большой скоростью», — отметил еще один автор исследования из РХТУ Михаил Штильман. Ученые отмечают, что созданные ими материалы пригодятся для разработки новых имплантов.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
