As substituições de articulações estão entre as cirurgias eletivas mais comuns, mas cerca de um em cada 100 pacientes sofre infecções pós-cirúrgicas, transformando um procedimento de rotina em uma provação cara e perigosa. Agora, pesquisadores do Stevens Institute of Technology desenvolveram uma "superfície autodefensiva" para esses implantes que liberam microdoses específicas de antibióticos quando as bactérias se aproximam, potencialmente reduzindo drasticamente as taxas de infecção.

O trabalho, liderado por Matthew Libera, professor de ciência dos materiais na Stevens, descreve um método para revestir superfícies de implantes com uma rede de microgéis:manchas, cada 100 vezes menor que o diâmetro de um fio de cabelo humano, capaz de absorver certos antibióticos. O comportamento dos microgéis é regulado por cargas elétricas, e a atividade elétrica de um micróbio que se aproxima faz com que eles vazem antibióticos, impedindo infecções de se enraizarem.

Os microgéis podem ser aplicados a uma ampla gama de dispositivos médicos, incluindo válvulas cardíacas, andaimes de tecido, e até mesmo suturas cirúrgicas - e com o mercado de implantes de quadril projetado para chegar a US $ 9,1 bilhões em 2024, a tecnologia tem um potencial comercial significativo. O Exército dos Estados Unidos, que ajudou a financiar a pesquisa, também está interessado em implantar a tecnologia em hospitais de campo, onde as infecções ocorrem atualmente em um quarto dos feridos de combate.

"O impacto potencial para os pacientes, e para o sistema de saúde, é tremendo, "disse Libera, que preside a Stevens Conference on Bacteria-Material Interactions. O candidato ao doutorado de Stevens, Jing Liang, e o professor de engenharia biomédica Hongjun Wang colaboraram no estudo, que aparece no jornal Biomateriais .

As infecções pós-cirúrgicas são difíceis de vencer porque, à medida que os micróbios colonizam as superfícies, eles formam camadas resistentes a antibióticos chamadas biofilmes. Libera e sua equipe interrompem esse ciclo matando micróbios antes que eles possam se firmar. "Basta uma bactéria para causar uma infecção, "Libera disse." Mas se pudermos prevenir a infecção até que a cura esteja completa, então o corpo pode assumir. "

Ao contrário dos tratamentos convencionais que inundam todo o corpo com antibióticos, a abordagem da equipe Stevens é altamente direcionada, liberando pequenas quantidades de antibióticos para matar bactérias individuais. Isso reduz drasticamente as pressões seletivas que dão origem a "superbactérias" resistentes a antibióticos - uma grande melhoria em relação aos tratamentos sistêmicos e abordagens locais, como a mistura de antibióticos em cimento ósseo, liberando ordens de magnitude menos antibióticos no sistema do paciente.

Outras superfícies autodefensivas atualmente em desenvolvimento dependem de subprodutos metabólicos de micróbios para desencadear a liberação de antibióticos - uma abordagem menos infalível do que o método de Libera, que pode matar até bactérias dormentes. Os microgéis da equipe também são notavelmente resistentes, sobrevivendo à esterilização por etanol e permanecendo estável por semanas de cada vez. Os microgéis também respondem de forma adequada ao tecido humano, retendo sua carga de antibióticos até que seja necessário e promovendo um crescimento ósseo saudável em torno das superfícies tratadas.

Para aplicar microgéis a um dispositivo médico, como uma articulação do joelho, os cirurgiões podem mergulhar o dispositivo em um banho especialmente preparado por alguns segundos; um breve mergulho em um segundo banho carregaria os microgéis com antibióticos. Em teoria, cirurgiões podem preparar dispositivos sob demanda, imediatamente antes de implantá-los, usando antibióticos adaptados aos fatores de risco específicos de um paciente.

Até agora, a abordagem foi testada in vitro, e a equipe ainda está trabalhando para ajustar os microgéis e permitir que eles forneçam uma gama mais ampla de antibióticos. Garantir a aprovação da Food and Drug Administration dos EUA será complicado, dada a natureza inovadora da tecnologia, mas a equipe de Libera está trabalhando com parceiros da indústria para planejar outras demonstrações.