La sfida persistente dell'infezione postoperatoria nella chirurgia dell'impianto spinale

Chirurgia dell'impianto spinale, comprese le procedure come la fusione dello intercorpo lombare posteriore, la fissazione delle viti del pedicolo e l'artroplastica del disco cervicale, è diventata una pietra angolare dell'ortopedia moderna e della neurochirurgia.

La struttura di prevenzione dell'apparato biologico, che si basa su una terapia di prevenzione, è un'interfaccia di tipo biologico, che si basa su una terapia di prevenzione, che si basa su una terapia di prevenzione, che è stata applicata in modo da evitare che i batteri possano essere eliminati.

Meccanismi di adesione batterica e il Razionale per la modifica delle superfici

L'aderenza batterica si verifica in due fasi: l'adesione reversibile iniziale tramite forze fisicochimiche deboli (van der Waals, interazioni elettrostatiche, idrofobiche) e l'adesione irreversibile mediata da specifici aderenti e leganti proteici.

Le strategie di modificazione dell'ospite mirano a intervenire in più punti: (1) ] prevenendo l'adesione iniziale facendo superfici non adesive o battericide, (2) che uccidevano i batteri sul contatto con agenti antimicrobici immobilizzati, (3) che rilasciano i composti biocidali [FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF]]]]][4]][4][4]]

Tipi di modifiche di superficie per gli impianti spinali

I ricercatori hanno sviluppato un arsenale diverso di modifiche superficiali, ognuna con meccanismi distinti, vantaggi e limitazioni.

Rivestimenti antimicrobici con agenti di eluzione

I rivestimenti che rilasciano agenti antimicrobici dalla superficie dell'impianto rappresentano la strategia più avanzata clinicamente. Questi rivestimenti sono tipicamente composti da un polimero biodegradabile (ad esempio, poli(acido lattico-co-glicolico), poliuretano o chitossano) caricato con antibiotici (gentamicina, vancomicina, rifampina) o altri biocidi.

Superfici antimicrobiche non inquinanti

Per evitare i limiti del rilascio di droga, i ricercatori hanno progettato superfici che uccidono i batteri a contatto senza rilasciare composti solubili. Questi includono peptidi antimicrobici immobilizzati, enzimi (ad esempio, lysozyme), e composti di ammonio quaternari che vengono collegati in modo covalente alla superficie dell'impianto.

Topografia e texture di superficie

Ispirato da superfici naturali anti-biofouling come foglie di loto e pelle di squalo, la superficie testurizzata altera la rugosità al micro e nanoscala ai batteri repulsanti fisici. Ad esempio, le superfici con nanopillari periodici o nanogroove possono rompere meccanicamente le cellule batteriche al contatto, mentre le superfici superidropobiche (angolo di contatto >150°) minimizzano l'adesione riducendo l'area disponibile per l'attacco.

Modifica chimica della chimica di superficie

L'allontanamento della superficie dell'impianto (senza aggiunta di un rivestimento discreto) è un altro approccio versatile. Le tecniche comuni includono il trattamento del plasma, l'impianto ionico e i monostrati autoassemblati (SAM) che modificano l'energia superficiale (idrofilia), carica, o gruppi funzionali, i ricercatori possono ridurre l'adesione batterica.

Rivestimenti bioattivi e Strategie di combinazione

Molte superfici di prossima generazione combinano meccanismi multipli. Ad esempio, un rivestimento può rilasciare un antibiotico per uccidere immediatamente, presentando anche uno strato zwitterionic per resistere all'adesione a lungo termine. Altri incorporano proteine morfogenetiche ossee (BMP) o idroxyapatite per promuovere l'osteointegrazione di osteo con il vetro additivo antimicrobico argento.

Prove cliniche e risultati pubblicati

La traduzione di impianti spinali modificati in superficie da panca a comodino sta accelerando, diversi prodotti hanno ricevuto un'autorizzazione di regolazione o sono sotto indagine attiva.

Gli impianti rivestiti argentei sono stati valutati in più centri europei. Uno studio di coorte prospettivo del 2017 di 85 pazienti che ricevono viti argentate per fusione spinale ha riferito un tasso di infezione dell'1,2% rispetto al 6,3% in un gruppo di controllo storico non rivestito, anche se la differenza non ha raggiunto un significato statistico.

Rivestimenti a carico antibiotico: L'approccio "PMMA spacer", dove le perle in polimetilmethacrylato sono posizionate per decenni, è stato utilizzato per via intraoperativa. Più recentemente, i rivestimenti a carica antibiotica completamente risorbibile sono stati sviluppati per gli impianti spinali.

Surface texturing:[] Diversi sistemi di impianto spinale commerciali ora dispongono di superfici nanotessute (ad esempio TiNano, Tivanium) finalizzate a migliorare l'osteointegrazione. Mentre questi sono commercializzati principalmente per la fissazione ossea, alcune prove suggeriscono che possono anche ridurre l'adesione batterica.

Le superfici terapeutiche fotodinamiche:[] Il lavoro preclinico con impianti fotosensibilizzanti ha dimostrato una completa sterilizzazione delle superfici contaminate degli impianti nei modelli animali dopo una breve esposizione alla luce.

Esempi di collegamento esterno: vedi una revisione sistematica sugli impianti rivestiti in argento nella chirurgia della colonna vertebrale[[] e ] un articolo sulle superfici zwitterionica per ridurre la formazione del biofilm per ulteriori letture.

Sfide e limitazioni delle tecnologie di modifica delle superfici

Nonostante i risultati promettenti, diverse barriere ostacolano l'adozione clinica diffusa di impianti spinali modificati in superficie.

Durability e integrità meccanica: I rivestimenti devono resistere alle forze dell'impianto (inserzione a vite, urto della gabbia) senza delaminazione, cracking o detriti di usura. I film sottili (ad esempio, i rivestimenti polimerici a meno di 1 μm) possono essere particolarmente soggetti all'abrasione.

Resistenza alla rottura:[] Gli antibiotici che attenuano la stessa pressione di selezione della resistenza come terapia sistemica. La resistenza all'argento, sebbene più rara, è stata documentata tramite proteine che legavano l'argento al plasmide.

Gli ostacoli regolamentari e di fabbricazione: Gli impianti cotti o modificati sono classificati come prodotti o dispositivi combinati con caratteristiche superficiali nuove, che richiedono un'ampia verifica della biocompatibilità, una validazione della sterilizzazione e studi clinici per l'approvazione della FDA o del marchio CE. Il costo dello sviluppo può essere proibitivo, in particolare per le piccole aziende di dispositivi spinali.

Variabilità individuale del paziente:[ Un rivestimento efficace contro un patogene può essere inefficace contro l'altro. Fattori specifici del paziente – stato immunitario, presenza di allergia metallica, qualità ossea – può influenzare l'esecuzione di una data modifica superficiale.

L'incollazione con osseointegrazione: Il paradosso centrale è che molte superfici antimicrobiche (ad esempio, superidropobiche o altamente non adesive) inibiscono anche l'attacco osteoblast, potenzialmente compromettente la fissazione degli impianti.

Direzioni future: Superfici intelligenti e Approcci personalizzati

La prossima frontiera nella modifica della superficie dell'impianto spinale è in materiali reattivi e adattativi che percepiscono e rispondono al rischio di infezione.

I ricercatori stanno sviluppando dei rivestimenti che rilasciano carichi antimicrobici solo in risposta alla presenza batterica, ad esempio, innescati da pH basso (tipo di siti di infezione da pH), enzimi batterici (ad esempio, indagini)) o tossine batteriche specifiche.

Le superfici a nanotecnologia sono in grado di integrare le nanostrutture (nanotube, nanofili, nanopori) sulle superfici in titanio offre proprietà antimicrobiche e osteogene simultanee. I nanotubi di biossido di titanio, ad esempio, possono essere caricati con nanoparticelle o antibiotici argentati, e le loro dimensioni possono essere adattate per promuovere gli studi di differenziazione osteomici

Combinazione con gli additivi sistemici e locali: Le modifiche di superficie sono improbabili per eliminare completamente il rischio di infezione. Il maggior vantaggio può derivare dalla combinazione di impianti a superficie modificati con antibiotici sistemici ottimizzati, cementi ossei antibiotici e strategie di irrigazione delle ferite intraoperative.

Progettazione di superfici personalizzate: Poiché la stampa 3D degli impianti spinali specifici per i pazienti diventa più comune, sarà possibile incorporare topografie e rivestimenti superficiali su misura per l'anatomia e la flora di ciascun paziente.

Conclusioni

La modifica delle superfici degli impianti spinali rappresenta un cambiamento di paradigma nella prevenzione delle infezioni postoperative, dalla dipendenza esclusivamente da antibiotici sistemici e dalla tecnica sterile all'ingegneria dell'impianto stesso come partecipante attivo nel controllo delle infezioni. Il campo è progredito da semplici cementi a carico antibiotico necessari a sofisticati rivestimenti multistrato, topografie nanotetiche e materiali reattivi intelligenti.

Gli investimenti continui nella scienza dei materiali fondamentali, nella biologia del biofilm e nella traduzione clinica saranno essenziali per superare le sfide rimanenti: la durezza, la resistenza batterica e la necessità di armonizzare le proprietà antimicrobiche e osteogene.

Per ulteriori informazioni, i lettori possono consultare recensioni autorevoli come []"Rivestimento antibatterico degli impianti spinali: Stato dell'arte e prospettive future" e ] una panoramica della prevenzione delle infezioni nella chirurgia della colonna vertebrale.