El proceso consiste en colocar capas de películas de antibióticos, que son liberadas a corto plazo, en un polímero permanente antibacteriano diseñado para prevenir las infecciones a largo plazo.
Alrededor de un uno por ciento de las cirugías de reemplazo de rodilla y cadera resultan en infección; el número se eleva a entre un tres y un cinco por ciento para las segundas cirugías. "Es una tasa baja, pero si usted acaba siendo una de las cien personas que sufren una infección, las complicaciones son catastróficas", afirma Lloyd Miller, profesor asistente de cirugía ortopédica en la Universidad de Califo ia en Los Ángeles. Todo el tejido infectado y el hardware debe ser extirpado quirúrgicamente y reemplazado con un bloque de antibióticos; el paciente no puede caminar durante seis a ocho semanas mientras esté siendo tratado con antibióticos por vía intravenosa para eliminar todos los rastros de la infección; y más tarde se lleva a cabo una cirugía de revisión. Las complicaciones debidas a infecciones son también muy caras. El precio del reemplazo de una articulación es de alrededor de 30.000 dólares en los Estados Unidos, pero tratar una infección pueden aumentar la cifra a casi 150.000.
La mayoría de las infecciones ocurren cuando las bacterias entran en el cuerpo con un implante. Sin embargo, las articulaciones artificiales pueden llegar a ser infectadas años más tarde, cuando las bacterias se introducen en el torrente sanguíneo durante un tratamiento dental, una colonoscopia u otros procedimientos, asegura Miller, que no está afiliado con el grupo del MIT. El uso de recubrimientos ortopédicos con propiedades antibacterianas permanentes, además de una capa transitoria de antibióticos, podría mantener a los pacientes protegidos.
Aunque ya se han desarrollado recubrimientos de antibióticos para muchos otros productos sanitarios, los revestimientos para articulaciones plantean dificultades especiales. A diferencia de los stents y otros dispositivos estáticos, las juntas deben ser capaces de moverse. Así que el recubrimiento no puede ser demasiado grueso, y no debe interferir con la articulación.
Los investigadores, dirigidos por Paula Hammond, profesora de ingeniería química en el MIT, están utilizando una técnica de recubrimiento de polímero llamada ensamblaje capa-a-capa para cargar grandes concentraciones de medicamentos en recubrimientos de implantes sin hacer que sean demasiado gruesos. El grupo de Hammond apila estas películas mediante la inmersión de un implante alte ativamente en las soluciones de moléculas cargadas positiva y negativamente, tales como polímeros y medicamentos. La diferencia en la carga de superficie mantiene a cada capa unida con fuerza a las de arriba y debajo de ella. Este proceso conduce a capas de materiales muy delgadas, del orden de decenas de nanómetros de grosor. Los fármacos se liberan cuando los polímeros se biodegradadan en el interior del cuerpo.
El uso de capas alte as de medicamentos con capas de polímero biodegradable, en lugar de mezclar polímeros y medicamentos y poner la mezcla sobre un implante, se traduce en una capa más delgada con una mayor proporción de medicamentos—hasta en un 50 por ciento, en lugar del 4 por ciento más habitual. Además estas capas pueden ser producidas a bajas temperaturas y en el agua, en lugar de en las duras condiciones requeridas para el procesamiento de polímeros. Esto significa que son compatibles con una amplia gama de moléculas delicadas, incluyendo los medicamentos con proteínas y el ARN terapéutico.
"Lo que distingue a esta tecnología es la promesa de ser capaz de liberar distintos fármacos de forma secuencial, de una manera controlada", asegura Myron Spector, profesor de cirugía ortopédica en la escuela médica de Harvard. Los pacientes con un mal sistema vascular que pueda entorpecer el crecimiento óseo, incluyendo a los diabéticos y los grandes fumadores, podrían beneficiarse de recubrimientos que liberasen fármacos para estimular la formación ósea o el crecimiento de vasos sanguíneos, además de los antibióticos.
La capa permanente de polímero antimicrobiano sobre la que Hammond construye la películas liberadoras de medicamentos fue desarrollada previamente por Alexander Klibanov, profesor de química en el MIT. "Cuando estos polímeros están presentes en una superficie, las bacterias se mueren con el impacto—el polímero altera la membrana celular, reventando las tripas de las bacterias", explica Hammond. Al sumergirse en una solución de bacterias estafilococos durante dos semanas, un sustrato diferente y que no fue tratado con capas de antibióticos fue colonizado por completo por las bacterias al acabar la primera hora. Ninguna bacteria se apoderó de una superficie del polímero de Klibanov tratado con las películas de Hammond durante un período de dos semanas, incluso después de que las capas de liberación de fármacos se degradasen. Este trabajo fue publicado en Jou al of the American Chemical Society en noviembre.
Spector ha trabajado con Hammond en estudios preliminares de recubrimientos en animales y ahora trabajará con el grupo del MIT para demostrar si mejoran los resultados después de un reemplazo de articulación. Miller, desde la Universidad de Califo ia, que ha trabajado en implantes antimicrobianos en animales, señala que muchos factores siguen siendo desconocidos. Por ejemplo, "no sabemos durante cuánto tiempo querremos que el fármaco se esté liberando", afirma. Las pruebas futuras deberían clarificar todo esto.