Многокомпонентные покрытия с частицами металлов, как инновационный метод профилактики имплантат-ассоциированной инфекции, в том числе вызванной бактериями с экстремальной резистентностью к антибиотикам

Разработка принципиально нового антибактериального многослойного покрытия с частицами металлов и их соединений для нанесения на ортопедические имплантаты для профилактики имплантат-ассоциированной инфекции, а также её рецидивов, в том числе вызванных бактериями с экстремальным уровнем резистентности к антибактериальным препаратам. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) называет антибиотикорезистентность микробных возбудителей инфекции одной из серьезнейших угроз для здоровья. Повсеместный рост устойчивости патогенов к антимикробным препаратам, включая антибиотики резерва, привел к разработке и принятию в 2016 году в Российской Федерации Стратегии предупреждения распространения антимикробной резистентности, которая включает несколько глобальных задач, в том числе разработку противомикробных препаратов и альтернативных методов, технологий и средств профилактики, диагностики и лечения инфекционных заболеваний человека, животных и растений, а также изучение механизмов возникновения антимикробной резистентности и системный мониторинг её распространения. Предлагаемый проект представляет собой создание нового метода воздействия на патогенные микроорганизмы, а именно разработку многокомпонентных покрытий с частицами металлов, которые демонстрируют бактерицидное действие в отношении ведущих возбудителей ортопедической инфекции, включая штаммы с экстремальной резистентностью и панрезистентные штаммы, выделенные от профильных пациентов. Полученные результаты позволят в дальнейшем использовать разработанную методику для производства имплантатов, включая индивидуальные ортопедические 3D-конструкции, с антимикробными покрытиями, которые будут препятствовать адгезии бактерий и формированию микробных биопленок. Практическое применение разработанных покрытий обеспечит значительный экономический эффект, выражающийся не только в первичной профилактике имплантат-ассоциированной инфекции, но и снижении частоты развития её рецидивов. Как следствие, ожидается улучшение качества жизни пациентов с имплантат-ассоциированной инфекцией и снижение материальных затрат на их лечение и реабилитацию. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в дальнейшем для разработки покрытий для изделий медицинского назначения в других областях медицины, к примеру в стоматологии, кардиохирургии или сосудистой хирургии. Коллективом авторов, за счет использования инновационного подхода формирования покрытий с частицами металлов, основанного на имеющихся технологических и биологических знаниях, а также уже достигнутых результатах, будут получены и исследованы новые покрытия с бактерицидными свойствами. В ходе проекта будут реализованы несколько задач: (1) получены не менее 70 соединений различных металлов и их комбинаций, включая цинк, серебро, медь, марганец, хром, алюминий в условиях низкотемпературной, неизотермической, неравновесной плазмы в вакууме с использованием дугового разряда с интегрально-холодным катодом и магнитной стабилизацией разряда (2) путем бактериологического скрининга отобраны покрытия, характеризующиеся антимикробной (бактерицидной) активностью к типовым штаммам бактерий; (3) создан микробиологический музей - коллекция штаммов, выделенных от пациентов с имплантат-ассоциированной инфекцией, с изучением фенотипа их антибиотикочувствительности и детерминант резистентности у штаммов с экстремальной устойчивостью к антибиотикам; (4) изучена in vitro антибактериальная активность отобранных на этапе скрининга покрытий в отношении клинических штаммов основных возбудителей имплантат-ассоциированной инфекции; (5) ex vivo, на культурах клетках Vero, изучено возможное цитотоксическое действие наиболее активных покрытий; (6) разработана методика нанесения покрытий на полученные методом 3D-принтирования образцы из медицинского титана и проведен контроль их антимикробной и антиадгезивной активности; (7) изучение перифокальных реакций тканей на имплантацию титановых образцов с двумя наиболее активными и безопасными многокомпонентными покрытиями в асептические и септические костные дефекты у экспериментальных животных. Предлагаемый проект представляет собой создание основы для нового метода воздействия на патогенные микроорганизмы, а именно разработку многокомпонентных покрытий с частицами металлов, которые демонстрируют бактерицидное действие в отношении ведущих возбудителей ортопедической инфекции, включая штаммы с экстремальной резистентностью и панрезистентные штаммы, выделенные от профильных пациентов. Разработанные покрытия за счет бактерицидного действия на планктонные клетки позволят предупредить микробную адгезию к поверхности имплантата и, как следствие, формирование на нем микробной биопленки. Таким образом, проект позволит заложить основы к разработке отечественных инновационных покрытий, позволяющих предупреждать развитие инфекционного процесса и возможных осложнений после ортопедических операций, а также снизит частоту рецидивов при лечении пациентов с хронической инфекцией, ассоциированной с ортопедическими имплантатами. Все это в перспективе, может существенно уменьшить экономические затраты на лечение имплантат-ассоциированных инфекций и улучшить качество жизни пациентов. Кроме того, в последующем разработанные инновационные покрытия могут быть изучены при нанесении на имплантируемые изделия медицинского назначения, предназначенные для других областей медицины, к примеру, в стоматологии, кардиохирургии или сосудистой хирургии. Достижимость решения поставленных задач и возможность получения запланированных результатов обусловлены имеющимся заделом коллектива проекта, результаты которого уже опубликованы в рецензируемых научных изданиях; привлечением к выполнению проекта высококвалифицированных специалистов в области инженерии и химии, микробиологии, фармакологии, медицины; наличием основного необходимого оборудования для проведения теоретических и экспериментальных исследований в лабораториях участников проекта. Запланированные результаты проекта имеют чёткую социально-экономическую направленность, связанную с улучшением качества жизни населения и реализации задач Стратегии предупреждения распространения антимикробной резистентности в РФ путем разработки альтернативных отечественных инновационных средств профилактики имплантат-ассоциированной инфекции и предупреждения её рецидивов.