Материаловеды НИТУ «МИСиС» представили антибактериальные нано-покрытия на основе нитрида бора, обладающие высокой эффективностью против микробных патогенов — до 99.99%. Они могут стать безопасной альтернативой привычным антибиотикам в имплантологии, поскольку не имеют характерных негативных побочных эффектов. Результаты работы представлены в международном научном журнале ACS Applied Materials & Interfaces.
В настоящее время из-за значительного увеличения количества хирургических процедур во всем мире ученые решают проблему микробных инфекций, вызванных имплантатами. Особенно серьезна она при ортопедических и стоматологических операциях. Не секрет, что сопутствующая медикаментозная терапия воспалений вокруг имплантатов часто приводит к побочным эффектам из-за характерных свойств антибиотиков, а также его высоких доз.
Группа молодых ученые НИТУ «МИСиС» предложили нестандартное решение проблемы, исследовав взаимодействие устойчивых к антибиотику грамотрицательных бактерий Escherichia coli (E. coli) и нанопленки, состоящей из структурированной поверхности нитрида бора. Оказалось, что такое покрытие через 24 часа поражает 100% бактериальных клеток.
«Гексагональный нитрид бора обладает комплексом уникальных физико-химических и механических свойств. В результате опытов мы выяснили, что особая специфическая структура наночастиц нитрида бора обеспечивает бактерицидный эффект, сравнимый с действием антибиотика: бактерии погибают в результате прямого физического контакта с особой игловидной поверхностью нано-пленки. При этом отсутствуют типичные для антибиотика побочные действия на ткани организма, а сам нитрид бора не вызывает цитотоксичность», — рассказала соавтор исследования, научный сотрудник лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Кристина Гудзь.
Исследователи пошли дальше, и заполнили микро-поры тонкого покрытия нитрида бора антибиотиком гентамицином. В результате получился антибактериальный эффект за счет полного высвобождения лекарства за короткий начальный промежуток времени. При этом его доза оказалась на порядок меньше, чем при обычной инъекции.
«Если брать в расчет среднюю массу пациента 60 кг, его суточная доза антибиотика составляет приблизительно 180 мг; при условии, что площадь имплантата, допустим, 30 см2 и учитывая, что в первые сутки из исследуемого нано-покрытия высвобождается 55 мкг антибиотика, получается, что предложенный метод предполагает в 100 раз меньше антибиотика, чем при стандартной инъекции», — добавила Кристина Гудзь.
По словам авторов разработки, нанесение на имплантат антибактериальной пленки на основе наночастиц нитрида бора может свести к минимуму риск бактериального заражения за счет физических свойств самой поверхности, а также — в случае модификации антибиотиком — местной доставки минимального количества бактерицидного компонента без утяжеления имплантата.
В настоящее время коллектив завершает исследования полученных покрытий in vitro, а также работает над оптимизацией способа нанесения покрытия для его перспективного применения.