杜克大學和加州大學洛杉磯分校的生物醫學工程師和外科醫生已經展示了一種抗生素塗層，可以在手術前幾分鐘應用於骨科植入物，消除植入物周圍感染的機會。在對小鼠的早期試驗中，該塗層防止了所有後續感染，甚至不需要向血液中注入抗生素，這是目前的護理標準。20天後，塗層沒有降低骨骼與植入物融合的能力，並被身體完全吸收。
將抗生素利福平與聚合物的自組裝溶液混合，塗在人類髓內髖關節植入物上。在小鼠身上進行的早期試驗顯示，20天後，這種方法沒有傷害骨頭與植入物融合的能力，聚合物完全被身體吸收，而且抗生素100%防止了感染。資料來源：塞古拉實驗室和貝塔實驗室
該成果於2021年9月16日發表在《自然通訊》雜誌上。
該項目開始於杜克大學生物醫學工程教授Tatiana Segura與加州大學洛杉磯分校大衛-格芬醫學院的臨時主席和執行醫療主任Nicholas Bernthal的會面，他專門研究小兒骨科腫瘤和外科。他告訴塞古拉，許多正在接受骨癌治療的兒童被切除了大量的骨頭，這就需要骨科植入物。但由於患者通常也在接受化療，他們的免疫系統很弱，特別容易受到細菌在植入物表面定植的影響。
塞古拉說：”這些孩子面臨著接受化療與挽救他們的肢體的選擇，甚至有時需要截肢才能生存，這在我看來是很可怕的。”他們真正需要的是在植入物上塗抹一些東西來阻止感染的發生，因為預防感染比治療感染要容易得多。所以我們想出了這個塗層技術，我們希望它能提供一個解決方案。”
然而，植入物感染並不是兒童或癌症患者特有的。以關節置換手術為例，1%的初級手術和高達7%的翻修手術都會發生感染，這需要反覆進行翻修手術和長期靜脈注射抗生素。然而，治療並不總是有效的，因為這些病人的五年死亡風險比那些被診斷為艾滋病毒/艾滋病或乳腺癌的病人更高。據估計，僅在美國，植入物感染每年就會給衛生保健系統帶來超過86億美元的損失。
治療這些感染的部分挑戰是，細菌定植於植入物本身的表面。這意味着，沒有血管流經細菌群，無法在病人的靜脈中輸送抗生素。唯一的辦法往往是移除原來的植入物，這通常是最好的選擇，也是唯一不好的選擇。
一些醫生已經採取了自己的解決方案，如在關閉手術傷口時使用抗生素粉末，或在用於固定植入物的骨水泥中注入抗生素。這兩種策略都沒有被證明在臨床上是有效的。還有一個選擇是，植入物製造商在他們的設備中加入抗生素特性。但這將大大縮短產品的保質期，而且還需要一個漫長而複雜的FDA審批過程，因為這樣一來，植入物就會進入一個新的分類。然而，塞古拉的新抗生素塗層迴避了所有這些挑戰。
自組裝聚合物和抗生素的混合物使用手持式光源在人類髓內髖關節植入物上固化。
“我們已經表明，一種護理點抗生素釋放塗層可以保護植入物免受細菌的挑戰，並且可以在手術室快速安全地應用，而不需要修改現有的植入物，”幫助進行實驗的加州大學洛杉磯分校骨科外科住院醫生Christopher Hart說。
新的抗菌塗層由兩種聚合物組成，一種能排斥水，一種能與水充分混合。這兩種材料與醫生選擇的抗生素結合在一個溶液中，然後通過浸泡、塗抹或噴塗直接塗在骨科植入物上。當暴露在明亮的紫外線下時，這兩種聚合物會耦合在一起，並自我組裝成一個網格狀結構，以捕獲抗生素。
該反應是”點擊化學”的一個例子，它是描述在室溫下快速發生的反應的一般方式，只產生單一的反應產物，有極高的收率，並且有很好的效果。