La sfida crescente di infezioni da dispositivo-rilassato

I batteri Pacemakers sono diventati una pietra angolare della cura cardiaca, ripristinando il ritmo normale a milioni di pazienti in tutto il mondo. Tuttavia, come i volumi di impianto aumentano, così fa l'incidenza delle infezioni che possono trasformare una procedura di routine in un'ordatina di minaccia di vita.

Perché le superfici Pacemaker sono vulnerabili

I batteri che si trovano in una serie di pazienti che non possono essere utilizzati per la loro salute, non possono essere utilizzati come sostanze stupefacenti per via parenterale.

Anticipazioni in Rivestimenti Antibatterici: Meccanismi e Materiali

In risposta a queste sfide, i ricercatori hanno progettato rivestimenti superficiali che resistano attivamente all'adesione microbica, uccidono i batteri a contatto, o rilasciano agenti antimicrobici in modo controllato.

Rivestimenti in argento

I batteri di deformazione argentei sono stati utilizzati per secoli per combattere l'infezione, e la nanoingegneria moderna ha affinato la loro applicazione. I rivestimenti che incorporano nanoparticelle argentate o polimeri doppi argentei rilasciano Ag+]] ioni che disturbano le membrane cellulari batteriche, inibiscono gli enzimi respiratori, e interferiscono con la replica del DNA.

Rivestimenti ad ultrasuoni

I sistemi di trattamento dei batteri sono più efficaci e più efficaci.

Rivestimenti idrofili e superidrofili

I batteri idrofobi che aderiscono preferibilmente ai materiali con caratteristiche di superficie simili. Creando una superficie altamente idrofila (attraente acqua) i ricercatori possono ridurre l'attaccamento iniziale dei batteri fino al 90%. Questi rivestimenti in genere comprendono i polimeri a base di idratazione, come il polietilene glycol (PEG) o i materiali zwitterionic che formano uno strato idratato.

Superficie nanostrutturata

La topografia fisica alla nanoscala può rompere meccanicamente le cellule batteriche a contatto, imitando l'effetto battericida delle ali insetti e della pelle geco.

Rivestimenti Nitric Oxide-Releasing

L'ossido nitrico (NO) è una molecola naturale che si verifica con una potente attività antibatterica, così come le proprietà anti-infiammatorie e vasodilatori. I rivestimenti che rilasciano NO dalle molecole del donatore come S-nitrosothiols o i diazeniumdiolates creano un ambiente ostile per i batteri.

Miscele di polimero immunomodulatorio e biocidale

Un approccio più recente riguarda i rivestimenti che reclutano e attivano attivamente il sistema immunitario ospitante, presentando proprietà battericide. Ad esempio, i rivestimenti funzionalizzati con peptidi antimicrobici (AMP)— i peptidi cationici brevi che interrompono le membrane batteriche elevando le sequenze di batteri e stimolano l'uccisione rapida e la bassa propensione alla resistenza.

Sfide sulla strada per l'adozione clinica

Nonostante i dati clinici incoraggianti e preclinici, traslando rivestimenti antibatterici dal laboratorio al paziente ’s lato letto è pieno di ostacoli. Ogni tecnologia di rivestimento deve subire una rigorosa valutazione per la sicurezza, l'efficacia e la durata nel corso della vita pluriennale di un pacemaker.

Durata e stabilità a lungo termine

I Pacemakers sono sottoposti a continui movimenti meccanici, ripetuti movimenti del corpo e all'esposizione agli enzimi infiammatori. Un rivestimento che non riesce meccanicamente— deleaminare, cracking o eroding— può esporre il dispositivo sottostante, eventualmente peggiorare il rischio di infezione. I ricercatori devono progettare rivestimenti che resistano alla ceppola ciclica e mantenere l'integrità strutturale per almeno un anno nella tasca sottocutanea dei polimeri.

Tossicità locale e sistemica

Mentre l'intento è quello di uccidere i batteri, i rivestimenti non devono danneggiare i tessuti ospiti. Gli ioni d'argento possono essere citossici ai fibroblasti e alle cellule endoteliali ad alte concentrazioni, potenzialmente ritardando la guarigione delle ferite. I rivestimenti antibiotici-eluting rischiano la necrosi dei tessuti locali se il tasso di rilascio è troppo alto. Inoltre, i prodotti di degradazione di alcuni polimeri possono innescare l'infiammazione cronica.

Resistenza batterica

L'uso eccessivo di qualsiasi agente antimicrobico spinge la resistenza. La resistenza all'argento, sebbene ancora rara, è stata riportata negli isolati clinici di E. coli e ]] Salmonella].

Hurdles regolamentari e costi di prova clinica

Nonostante un nuovo rivestimento & mercato richiede una vasta sperimentazione clinica per dimostrare la superiorità rispetto agli standard-of-care (che include antibiotici sistemici). Tali studi sono costosi: una prova randomizzata multicenter costa tipicamente decine di milioni di dollari. Poiché i tassi di infezione sono già bassi in molti centri (oltre 2%), la prova statisticamente significativa richiede grandi dimensioni campione.

Direzioni future: Rivestimenti multifunzionali e intelligenti

A “smart” rivestimento potrebbe rilasciare un antibiotico solo quando i batteri sono rilevabili, utilizzando un sensore chimico incorporato che risponde alle molecole di quorum-sensazione batterica che esplorano i batteri di superficie di squalo.

Un altro viale emozionante sta usando i rivestimenti per modulare la risposta immunitaria ospite positivamente. Ad esempio, rilasciando interleukin-4 o trasformando il fattore di crescita-beta può spostare l'ambiente immunitario da uno stato pro-infiammatorio (fibrotico) a uno stato rigenerativo, promuovendo l'incapsulamento del dispositivo con tessuto sano che agisce come una barriera naturale.

Infine, i progressi nella produzione additiva (3D) consentono di ottenere rivestimenti e superfici specifiche per i pazienti. Un piombo pacemaker potrebbe essere stampato con un gradiente di agenti antimicrobici lungo la sua lunghezza, fornendo dosi piÃ1 elevate vicino alla punta (dove i batteri sono piÃ1 probabili invadere) e concentrazioni piÃ1 basse vicino al generatore.

Conclusioni

I rivestimenti antibatterici e i sistemi di analisi cardiaca sono un cambiamento di paradigma nella prevenzione delle infezioni legate al pacemaker. I rivestimenti a base di argento, antibiotici, idrofili, nanostrutturati, nitrici, ossido-rilascio e immunomodulatori portano ciascuno punti di forza unici e affrontano sfide distinte.

Per ulteriori informazioni, vedere una recente recensione sui rivestimenti antibatterici nei dispositivi cardiovascolari []]PubMed, una panoramica dei meccanismi di resistenza al biofilm da Nature Recensioni Microbiologia], e i risultati di prova clinici per i cavi verniciati argentati