Washington Eyaleti, Eklemeli İmalat ile enfeksiyona dayanıklı implantlar geliştiriyor

Washington Eyalet Üniversitesi’ndeki (WSU) araştırmacılar, Katmanlı Üretim kullanarak, laboratuar testleri sırasında stafilokok enfeksiyonlarına neden olan bakterilerin %87’sini ortadan kaldırabildiği bildirilen yeni bir cerrahi implant geliştirdiler. Bu implant, mevcut implantlara benzer şekilde gücünü ve çevre dokularla uyumluluğunu korur.

International Journal of Extreme Manufacturing’de yayınlanan çalışma, küresel olarak günlük olarak gerçekleştirilen çok sayıda rutin ameliyatta (örneğin kalça ve diz protezi) enfeksiyon kontrolünü potansiyel olarak artırabilir. İmplantların bakteriyel kolonizasyonu, implant başarısızlığının ve kötü cerrahi sonuçların önde gelen nedenidir.

WSU araştırmacıları, implantlarda tipik olarak kullanılan titanyum alaşımına %10 oranında korozyona dayanıklı bir metal olan tantal ve %3 bakır eklemek için AM teknolojisini kullandı. Bakteriler bu malzemenin bakır yüzeyiyle temas ettiğinde hücre duvarlarının neredeyse tamamı yırtılıyor. Eş zamanlı olarak tantal, çevredeki kemik ve doku içinde sağlıklı hücre büyümesini destekleyerek hastanın daha hızlı iyileşmesini sağlar. Araştırma ekibi implantları üzerinde kapsamlı bir çalışma yürütmek için üç yıl harcadı. Hem laboratuvar ortamında hem de hayvan modellerinde mekanik özelliklerini, biyolojik ve antibakteriyel tepkisini değerlendirdiler. Ek olarak, implanttaki metal iyonlarının aşınıp yakındaki dokuya geçerek potansiyel olarak toksisiteye neden olmayacağından emin olmak için implantın aşınması üzerinde de çalıştılar.

Makalenin ilgili yazarı ve WSU Makine ve Malzeme Mühendisliği Okulu’nda Boeing Seçkin Profesörü Amit Bandyopadhyay, “Enfeksiyon, çözümümüz olmayan bir sorundur” dedi. “Çoğu durumda implantın enfeksiyona karşı savunma gücü yoktur. Cihaz malzemesinin kendisinin, ilaca dayalı enfeksiyon kontrolünü sağlamaktan daha fazlasını, doğal bir direnç sunduğu bir şey bulmamız gerekiyor. Burada diyoruz ki, neden malzemenin kendisini değiştirip, malzemenin kendisinden doğal bir antibakteriyel tepki elde etmiyoruz?”

Kalça ve diz protezleri ve diğer cerrahi implantlarda kullanılan titanyum malzemeler elli yıldan fazla bir süre önce geliştirildi. Ancak bu malzemeler enfeksiyonlarla mücadelede etkili değildir. Cerrahlar sıklıkla önleyici olarak antibiyotiklerle tedavi ederler, ancak yaşamı tehdit eden enfeksiyonlar ameliyattan hemen sonra veya hatta haftalar/aylar sonra ikincil enfeksiyonlar olarak ortaya çıkabilir. Bir enfeksiyon implant üzerinde ince bir tabaka oluşturduğunda, doktorlar genellikle bunu sistemik antibiyotiklerle tedavi etmeye çalışırlar. Ancak implant cerrahisi vakalarının yaklaşık %7’sinde doktorlar revizyon ameliyatı yapmak zorunda kalıyor. Bu, implantın çıkarılmasını, bölgenin temizlenmesini, antibiyotik uygulanmasını ve yeni bir implantın takılmasını içerir.

WSU’da Westinghouse Seçkin Profesörü olan ortak yazar Susmita Bose, “Bu tür çok işlevli cihazın en büyük avantajı, enfeksiyon kontrolü ve iyi kemik dokusu entegrasyonu için kullanılabilmesidir” diye ekledi. “Enfeksiyon günümüzün cerrahi dünyasında o kadar büyük bir sorun ki, eğer çok işlevli bir cihaz her ikisini de yapabiliyorsa, buna benzer bir şey yoktur.”

Araştırmacılar, doku entegrasyonunu etkilemeden bakteriyel ölüm oranını %99 standardını aşacak şekilde artırmak için ısrarla çalışıyorlar. Ek olarak, diz protezi ile yürüyüş gibi hastaların yaşayabileceği gerçekçi yükleme koşulları altında malzemelerin sağlam performans sağlamasını sağlamayı amaçlıyorlar.