Imaginați-vă implanturile medicale inteligente care sunt capabile să monitorizeze permanent starea lor și să răspundă în mod automat la schimbări precum infecția, prin eliberarea de medicamente antibacteriene în timp ce se află în organism. Datorită nanotehnologiei, cercetarea în domeniul medicinei se apropie rapid de acest obiectiv.
Piața pentru dispozitivele medicale implantabile este imens și continuă să crească rapid - în SUA a atins o cifră de afaceri anuală de 23 de miliarde de $ si este de asteptat sa creasca cu 10 la suta in urmatorii cativa ani. Printre vânzătorii de top - defibrilatoare cardiace si resinhronizatory, stimulatoare cardiace, implanturi ortopedice pentru tratamentul spinal, proteze articulațiilor mari, lentile intraoculare și implanturi cosmetice. În fiecare an, în Statele Unite a avut loc singur aproape 500.000 de operațiuni protetice șold și genunchi articulațiilor, și aproximativ același număr de pacienți au nevoie de reconstrucție osoasă din cauza rănilor sau defecte de nastere. În fiecare an, 16 milioane de americani își pierd dinții și au nevoie de implanturi dentare.
Principala problemă cu care oamenii de știință și medici trebuie să se confrunte în calea unui serviciu de succes și pe termen lung al articulațiilor artificiale, rămâne uzura și infecția implanturilor. Studiile au arătat că, în timpul operării implanturilor ortopedice, se formează cele mai mici particule ale materialelor lor, atât metale cât și materiale plastice. Un număr mare de astfel de particule cauzează o cascadă de evenimente care pot distruge în cele din urmă osul din jurul implantului (un proces cunoscut sub numele de osteoliză). Rezultatul "slăbire" a implantului duce la faptul că îmbinarea artificială nu mai poate să-și îndeplinească funcția. Diagnosticul stării implantului se bazează pe fluoroscopie și alte metode imagistice. Aceste tehnologii nu sunt suficient de sensibile, nu oferă o imagine în timp real și necesită spitalizare a pacientului. Operațiile chirurgicale de înlocuire a acestor proteze nu sunt doar mai complexe și mai costisitoare decât înlocuirea primară a articulațiilor, dar și mai puțin eficiente.
Un nou studiu arată că calitatea implanturilor osoase poate fi îmbunătățită semnificativ. Depozitate pe suprafața acestuia un film de polipirol (polipirol) poate fi utilizat ca un dispozitiv de eliberare controlată electric pentru produse farmaceutice. Prin utilizarea de antibiotice sau agenți antiinflamatori introduse în stratul polimeric prin electrodepunere, oamenii de știință Brown University (Brown University) au demonstrat că aceste medicamente pot fi eliberate din polipirol „la cerere“ - atunci când este aplicată tensiune - și pentru a controla comportamentul celulei, adică inhibă inflamația și ucide bacteriile .
Polipirolul este un polimer conductiv acoperit cu nanotuburi de carbon (foto: EMSL / Flickr)
„Polipirol - în mod tradițional un polimer conductor, care poate fi sintetizat prin metode electrochimice pentru a forma o peliculă subțire pe materialele conductive“ - explică Thomas J. Webster (Thomas J. Webster) .. Posibilitatea utilizării sale a fost studiat în domeniul protecției coroziunii și dezvoltarea de acoperiri de electrozi, biosenzori electrochimice, dispozitive semiconductoare, precum și în bioelectronica și în alte domenii. Cu toate acestea, chiar dacă el însuși a stabilit ca un material de promițătoare cu capacități semnificative în domeniul biomedicinei și eliberare controlată a medicamentelor, rolul său potențial în reducerea infecțiilor și a reacțiilor inflamatorii în ortopedie a studiat suficient.
Această lucrare este o continuare a studiilor anterioare ale laboratorului de nanomedical Webster, care a demonstrat că astfel de materiale nanostructurate pot influența creșterea osoasă și pot contribui la aceasta.
Pentru a crea coatings polimerice lor oameni de știință crescute primul nanotuburi de carbon multiwall (în jur de 55 nm diametru) pe nanotub de titan anodizat prin depunere chimică de vapori (depunere chimică din vapori, CVD) cu cobalt drept catalizator. Monomerii au fost oxidat polipirol sau antibiotice sau dexametazonă înaintea polipirolla polimerizarea electrochimică in jurul nanotuburi de carbon.
La stânga - polipirol, electrodepozitat pe titan obișnuit,
pe dreapta - pe nanotuburi de carbon multistrat
(foto: Webster Lab, Universitatea Brown)
"În ultimul nostru studiu, medicamentele anionice, legate electrostatic într-un film poliporos subțire, au fost eliberate cu o tensiune negativă", explică Webster. „In primele cinci cicluri, am observat molecule anionice de ieșire a unui polipirrolnoy film subțire și mișcarea inversă cauzată de un proces continuu de reducere și oxidare. Vârfurile de presă penicilină / streptomicină, datorită agenților de reducere, a dispărut după 15 cicluri de voltametrie ciclica. Vârful recuperării dexametazonei a fost observat după 25 de cicluri și a dispărut după 40 de cicluri. "
Creșterea numărului de medicamente eliberate după excitația electrică a fost semnificativă până la 5 cicluri. Eliberarea cumulativă a penicilinei / streptomicinei și a dexametazonei a fost aproape de 80% din cantitățile originale ale preparatelor, iar ciclurile ulterioare nu au determinat eliberarea lor.
Deși oamenii de știință au descoperit că la tensiuni mai mari, sau la perioade mai lungi de aprovizionare sale pot fi sverhokislen polipirol și își pierde activitatea electrică, nanotuburi de carbon sprijinit și prelungi conducta sale electroactivity datorită proprietăților sale excelente.
Webster observă că polipirol pot satura nu numai antibiotice și medicamente, cum ar fi dexametazona, dar, de asemenea, multe alte biomolecule - factori de creștere, peptide, enzime, anticorpi, proteine, etc. pentru a schimba lor biologice, fizice, proprietățile chimice și electrice și a obține controlate. un sistem de selecție care este aplicabil în multe aplicații biomedicale.
În plus, polipirolul poate fi integrat în cipuri implantabile pentru a scoate semnalul în mediul biologic.
„Aceste rezultate preliminare pune bazele pentru dezvoltarea tehnologiei inteligente de livrare de droguri pentru utilizare in ortopedie, poate fi folosit pentru a citi informații într-o buclă închisă pentru a controla introducerea medicamentelor pe baza acestor informații,“ - a spus Webster. „Ca bazate pe senzori de nanotuburi de carbon, și sistem de eliberare controlată a medicamentelor poate fi o modalitate excelentă de a crește durata de viață utilă a implanturilor ortopedice, permițând implanturi pentru a ucide bacteriile, pentru a fi mai puțin sensibili la răspunsurile inflamatorii prelungite și, în cele din urmă, pentru a îmbunătăți procesul de formare a oaselor.“
Citiți articolele:
O eroare în text?
Selectați-l și apăsați pe ctrl + enter
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: