Новый жидкометаллический наноматериал для имплантов борется с инфекциями и ускоряет заживление костей

Доцент Ви-Кхань Чыонг и доктор Нгок Хуу Нгуен в Лаборатории биомедицинской наноинженерии Университета Флиндерс. Автор: Flinders University

Новаторская комбинация жидких металлов может стать потенциальным секретным оружием в глобальной борьбе с устойчивостью к антимикробным препаратам и обещает превзойти по долговечности существующие материалы для имплантов.

Новые исследования в Лаборатории биомедицинской наноинженерии Университета Флиндерс подтверждают, что специальный металлический материал не только способен бороться с инфекциями, но и обладает значительно более высокой биосовместимостью с костной тканью, что дает пациентам потенциал для более быстрого заживления и долговечности устройства после серьезных ортопедических операций.

«Эта новая 3D биокерамическая конструкция, содержащая наночастицы жидкого металла серебро-галлий (Ag-Ga), предлагает двуфункциональный биоматериал, который одновременно борется с устойчивой инфекцией и способствует регенерации кости», — говорит доцент Университета Флиндерс Ви-Кхань Чыонг, ведущий автор новой статьи в журнале Advanced Functional Materials.

«В нашем последнем исследовании мы показываем, что наши конструкции значительно снижают бактериальную колонизацию в местах имплантации и способствуют здоровой интеграции кости, подтверждая как антибактериальную эффективность, так и регенеративную способность в физиологически релевантных условиях».

Это первый зарегистрированный случай интеграции наноматериалов на основе жидкого металла в несущую, биоактивную керамическую конструкцию, объясняет доктор Нгок Хуу Нгуен, научный сотрудник проекта.

«Наш подход принципиально отличается от обычных материалов, содержащих антибиотики. Вместо взрывного высвобождения, конструкция обеспечивает пролонгированную, локализованную антимикробную защиту, одновременно активно поддерживая заживление кости», — говорит он.

Доктор Нгуен сыграл ключевую роль в разработке биокерамической конструкции на основе жидкого металла, успешно интегрировав наночастицы Ag-Ga в гидроксиапатит для достижения бесшовной комбинации антимикробной активности и костно-регенеративной функции.

Старший соавтор, профессор Университета Флиндерс Красимир Василев говорит, что последнее исследование успешно включает поверхностные покрытия в полностью интегрированную, регенеративную платформу конструкций для ортопедических применений и травматологии.

«Эта инновация помогает создать новое поколение материалов для восстановления кости, которые могут предотвращать инфекцию без использования антибиотиков, одновременно улучшая интеграцию тканей и заживление», — говорит профессор биомедицинской наноинженерии Василев.

Он отмечает, что многоцелевые антибактериальные эффекты оказались эффективными против ряда клинически значимых патогенов, включая Staphylococcus aureus, метициллин-резистентный S. aureus (MRSA), Pseudomonas aeruginosa и варианты с мелкими колониями — «которые печально известны тем, что их трудно уничтожить с помощью обычных антибиотиков».

Будущие применения могут включать:

• Антимикробные наполнители костных дефектов для инфицированных переломов, спондилодеза и ревизионных операций
• Костные цементы нового поколения без антибиотиков с антимикробным действием, опосредованным ионами
• Индивидуализированные, 3D-печатные конструкции для черепно-лицевых дефектов, дефектов длинных костей и резекции опухолей
• Автономные имплантируемые устройства для сред, склонных к инфекциям, таких как диабетическая стопа и костные потери, связанные с онкологией.

Инфекции, связанные с имплантами, остаются серьезной проблемой в хирургии и ортопедии. Системные антибиотики становятся все менее эффективными из-за резистентности, а цементы, содержащие антибиотики, часто недолговечны и имеют узкий спектр, говорят исследователи.

«Наша технология предлагает безантибиотическое, двуфункциональное решение, которое может значительно улучшить хирургические результаты — особенно для пациентов высокого риска и с ослабленным здоровьем», — говорит доцент Чыонг.

Это исследование в Университете Флиндерс проводилось с экспертами из Университета Шаньдун и партнерских учреждений.

Больше информации: Ngoc Huu Nguyen et al, Multifunctional Hydroxyapatite Coated with Gallium Liquid Metal‐Based Silver Nanoparticles for Infection Prevention and Bone Regeneration, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.71453

Источник: Flinders University