Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Костные цементы, содержащие в своём составе антибиотики, предназначены для обеспечения высокой локальной концентрации препарата в месте операции, при этом общая концентрация антибиотика в организме остаётся на низком уровне. Костные цементы с антибиотиками – коммерчески доступные материалы, часто используются в хирургии суставов для профилактики перипротезной инфекции. Результаты исследований показали, что такие костные цементы с антибиотиками имеют преимущества в профилактике послеоперационной глубокой инфекции по сравнению с обычным костным цементом без антибиотиков, особенно в случаях ревизии и септической недостаточности артропластики. Однако при длительном наблюдении (обычно больше 1 года) частота постоперационных осложнений (связанных с инфекцией) после первичной тотальной артропластики коленного сустава в течение 1 года не была существенно снижена при использовании костных цементов с антибиотиками. Основной причиной неудовлетворительной эффективности является низкое высвобождение антибиотиков из костных цементов на основе полиметилметакрилата ПММА. Во время приготовления антибиотики предварительно смешиваются с порошком костного цемента на основе ПММА. После смешивания с жидкой фазой мономера ММА происходит быстрая полимеризация, приводящая к затвердеванию полимера ПММА, в котором частицы антибиотика находятся в полимерной матрице. Таким образом, антибиотик, находящийся внутри полимерной матрицы, не может проникнуть через неё к поверхностному слою. В результате только молекулы антибиотика поверхностного слоя затвердевшего костного цемента оказывают влияние на антимикробную активность. По этой причине существующие на данный момент коммерческие акриловые костные цементы с антибиотиком обычно демонстрируют низкую доступность антибиотиков и быстрое снижение антимикробной активности ниже эффективного терапевтического уровня в течение нескольких дней. Для обеспечения эффективной профилактики перипротезной инфекции костные цементы с антибиотиком в идеале должны обеспечивать устойчивое и контролируемое высвобождение антибиотиков в терапевтической концентрации в течение 4-6 недель. В этом случае почти полностью исключается развитие инфекции и рост новых мультирезистентных штаммов бактерий. В рамках выполнения первого этапа проекта были синтезированы и исследованы материалы на основе микро- и наноразмерных частиц, таких как галлуазит, нанофибриллярная и микрофибриллярная целлюлоза, ватерит, перспективные для использования в качестве модифицирующих добавок в костные цементы на основе полиметилметакрилата. Наноразмерные частицы выступают в качестве носителя для наночастиц серебра и антибиотика, а также в качестве порообразователя, способны изменять механические характеристики материалов, обладают высокой биосовместимостью и гидрофильностью, а также умеренной стоимостью, что обуславливает высокий потенциал применения таких материалов в медицинской практике.

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Костные цементы на основе полиметилметакрилата на сегодняшний день остаются одним из самых распространенных и востребованных материалов в хирургии. Особую значимость имеют составы костных цементов, содержащие антибиотики для обеспечения высокой локальной концентрации препарата с целью профилактики послеоперационной инфекции. Однако даже такие составы не всегда обеспечивают желаемую эффективность, что связано в первую очередь с характеристиками полимерной матрицы конечного материала костных цементов, ограничивающих высвобождение антибиотика из объема полимера. Зачастую антибиотик активно высвобождается лишь с поверхностного слоя костного цемента в первые часы после операции, не обеспечивая достаточную терапевтическую концентрацию на протяжении дальнейшего длительного периода реабилитации. В связи с этим предложена модификация акриловых костных цементов антибактериальным агентом на основе наночастиц серебра, иммобилизированных на наноструктурированном носителе, с целью увеличения длительности и эффективности антибактериальных свойств. В ходе исследований были синтезированы образцы костного цемента на основе полиметилметакрилата (коммерческий препарат Surgical Simplex P, Ирландия) с добавлением антибиотика (ванкомицина) и наночастиц серебра на носителе, в качестве которого выступали нанотрубки галлуазита и нанофибриллярная целлюлоза. Определена температура полимеризации образцов модифицированного костного цемента, изучено влияние материалов добавок на время полимеризации. Исследована морфология и структура синтезированных образцов модифицированных костных цементов методом сканирующей электронной микроскопии. Изучено воздействие физиологического раствора на структуру и морфологию костных цементов с модифицирующими добавками. Исследована динамика высвобождения антибиотика из синтезированных образцов модифицированных костных цементов. Исследовано антибактериальное действие антибиотиков и наночастиц серебра в составе костного цемента, иммобилизированных на наноструктурированных носителях. Проведены механические испытания образцов модифицированных костных цементов, определены прочностные свойства получаемых материалов в сравнении с костным цементом без модификаторов. Проведены исследования адгезионных свойств образцов модифицированных костных цементов. По результатам проведенных исследований установлено, что модификация костных цементов антибактериальными композитами на основе наночастиц серебра, иммобилизированных на нанофибриллярной целлюлозе, более чем в два раза повышает общую эффективность эмиссии антибиотика из полимерной матрицы костного цемента, а также способствуют более продолжительному и эффективному стационарному периоду эмиссии антибиотика из объема матрицы костного цемента. Данная модификация способствует также снижению максимальной температуры полимеризации и увеличивает адгезию костного цемента к нержавеющей стали. Сравнение механических свойств костных модифицированных антибиотиком (ванкомицином), полиэтиленгликолем и антибактериальным композитом показало, что среди всех добавок последний проявляет наименьший негативный эффект. Совместное присутствие антибиотиков и наночастиц серебра в костных цементов расширяет круг подавляемых микроорганизмов, усиливает эффективность противомикробных свойств костного цемента как за счет синергетического действия серебра и антибиотика, так и за счет наноструктурированного носителя наночастиц серебра, влияющего на структуру матрицы костного цемента и способствующего таким образом более эффективному и длительному высвобождению антибиотика,. Продемонстрированные тенденции изменения функциональных и эксплуатационных свойств модифицированных составов костных цементов свидетельствуют о перспективности дальнейшей разработки и совершенствования таких материалов и обуславливают высокий потенциал применения в медицинской практике. Проблема разработки костных цементов с антибактериальными свойствами приобретает особенную значимость и актуальность в свете отсутствия в стране коммерческих продуктов отечественного производства и реализуемого политического курса по импортозамещению. Кроме того, данная ситуация обостряется условиями постоянных санкционных ограничений, а также сложившейся геополитической напряженностью во всем мире, сопровождающейся увеличением военных конфликтов и боевых действий. В практике костной хирургии в условиях ведения военных действий при экстренных потоковых операциях с последующими многочисленными ревизиями любое повышение антибактериальных свойств может иметь критически важное значение для успешной реабилитации пациента. Все это обуславливает высокую значимость развития и практического внедрения в стране новых материалов для костной хирургии.