Funktionella material kan minska infektionsrisk vid implantatoperation

Vid implantatoperationer är infektioner ett stort problem. I en ny avhandling visar doktoranden Mirjam Lilja att modifiering av implantatytor med hjälp av bioaktiva skikt som dessutom har antibakteriella egenskaper kan vara ett sätt att minska infektionsrisken.

Antalet implantatoperationer ökar för varje år. Infektioner är ett stort problem i samband med dessa och bakterier kan härröra från operationssalen, instrument eller patienten själv. I vanliga fall behandlas implantatrelaterade infektioner med antibiotika som syftar till att minska bakterietrycket på implantatytan. Däremot kan antibiotikakuren vara ineffektiv på grund av försvagad blodcirkulation och för att för låga koncentrationer når stället där bakterier börjar bilda kolonier. I sådana fall är revisionskirugiska ingrepp oftast den enda lösningen för en effektiv behandling.

Mirjam Lilja är doktorand vid institutionen för teknikvetenskaper, nanoteknologi och funktionella material. Hennes avhandling visar att modifiering av implantatytor med funktionella skikt är ett lovande koncept för viderutveckling av implantatens egenskaper. Kombinationen av antibakteriella och bioaktiva funktioner ger en unik möjlighet att förbättra stabiliteten i gränsytan och samtidigt aktivt kunna minska infektionsrisken.

- Detta koncept är mycket intressant för framtidens utveckling inom den dentala och ortopediska implantatmarknaden, säger Mirjam Lilja.

I avhandlingen har hon använt den fysikaliska förångningsmetoden (på engelska physical vapor deposition, PVD) och en biomimetisk metod för att deponera kristallina TiO2 respektive hydroxyapatit (HA) skikt på substrat ytorna. HA skiktet speglar samma typ av material som kroppen själv bildar på ytan av implantat som opererats in i kroppen. Genom att belägga ett biomimetisk HA ytterskikt på ett implantat kan man dels uppnå en bra interaktion i gränsytan mellan implantat och ben och dels utnyttja den porösa karaktären av dessa skikt till inladdnings- och frisättningsprocessen av läkemedel.

Resultaten visade att den fysikaliska förångningsmethoden (PVD) är ett snabbt och lämpligt sätt att deponera kristallina TiO2 skikt med varierande mikrostruktur på olika typer av implantatgeometrier. Dessutom tillåter processen att uppnå en bra vidhäftning till det metalliska substratet. De deponerade TiO2 skikten visade sig ha bra bioaktiva egenskaper eftersom det snabbt bildades HA på ytan i kontakt med en blodliknande lösning som innehöll kalcium och fosfatjoner. Dessa egenskaper förväntas understödja biologisk inväxt för en bättre fixering till benstrukturen i människokroppen. Resultaten visar även att det är möjligt att uppnå goda fotokatalytiska egenskaper. Under UV belysningen bildas syreradikaler på TiO2 ytan som hjälper till att eliminera bakterier. Detta leder till en effektiv infektionsbehandling.

Biomimetiska HA-ytterskikt visade sig mycket lämpliga som bärare av antibiotika. Frisättningen av Tobramycin pågick i 8 dygn efter att HA skiktet hade laddats under förhöjd temperatur och förhöjt tryck i 5 min. Inkorporeringen av antibiotika i samband med skiktdeponeringen ökade frisättningstiden upp till 12 dygn. Den frisatta koncentrationen från dessa skikttyper hämnade tillväxten av infektionsrelaterade bakterier under kliniska relevanta behandlingstider. Under frisättningsprocessen bibehöll läkemedlet koncentrationsnivån även efter biomekanisk belastning under inskruvningstester i syntetiska benliknande material. Inkorporering av biologiska relevanta joner och optimerade parameter i HA deponeringsprocessen öppnade upp möjligheter att skräddarsy laddningskapaciteten och frisättningsprofilen.

Avhandlingen försvaras den 5 december.

För mer information kontakta Mirjam Lilja, tel: 018-471 3077, 0703956764, e-post: Mirjam.Lilja@angstrom.uu.se

Läs mer om avhandlingen och ladda ner den.