हड्डी के प्रत्यारोपण को तेजी से एंटीबायोटिक दवाओं से भरने के लिए नवीन सतहें

इम्प्लांट लगाने के बाद संक्रामक जटिलताएँ असामान्य नहीं हैं। अत्यधिक दूषित घावों में जोखिम अधिक होता है, जो विशेष रूप से यूक्रेन जैसे युद्ध क्षेत्रों में आम हैं, जहां कई हड्डी की चोटों के उपचार की आवश्यकता होती है। ब्रेमेन में फ्रौनहोफर इंस्टीट्यूट फॉर मैन्युफैक्चरिंग टेक्नोलॉजी एंड एडवांस्ड मैटेरियल्स (आईएफएएम) के शोधकर्ताओं ने एक नई कार्यात्मक सतह विकसित की है जिसे एंटीबायोटिक दवाओं से भरा जा सकता है।

कई खराब उपचार वाले फ्रैक्चर के कारण यूक्रेन की स्वास्थ्य देखभाल प्रणाली पर भारी बोझ को देखते हुए, फ्राउनहोफर आईएफएएम ने 2023 में मदद करने का फैसला किया। देश की मौजूदा स्थिति से परे, एक व्यक्तिगत कारक निर्णायक था।

फ्रौनहोफर आईएफएएम में चिकित्सा प्रौद्योगिकी और जीवन विज्ञान के प्रमुख काई बोरचेरिंग कहते हैं, “हमारे दो कर्मचारी ल्वीव से हैं और शुरू से ही इस परियोजना में शामिल थे। उन्होंने यूक्रेन में अनब्रोकन राष्ट्रीय पुनर्वास केंद्र से संपर्क किया, जिसके साथ अब हम स्थानीय जरूरतों को बेहतर ढंग से समझने और लक्षित तरीके से प्रौद्योगिकी विकसित करने के लिए निकट सहयोग कर रहे हैं।”

एक विशेष प्रक्रिया से इम्प्लांट की सतह पर छिद्र बन जाते हैं

शोधकर्ता टाइटेनियम प्रत्यारोपण पर एक नई प्रकार की सतह का उत्पादन करने के लिए माइक्रो-आर्क ऑक्सीकरण (एमएओ) का उपयोग कर रहे हैं। धातु के हिस्सों को एक प्रवाहकीय तरल में डुबोया जाता है – एक इलेक्ट्रोलाइट जिसमें चांदी के लवण होते हैं – और 300 वोल्ट तक के संपर्क में आते हैं। कुछ ही मिनटों में, उच्च-ऊर्जा प्लाज्मा डिस्चार्ज सामग्री पर सिल्वर-डोप्ड ऑक्साइड परत बनाते हैं, जहां लक्षित वोल्टेज अनुप्रयोग छिद्र बनाता है और चांदी के नैनोकणों को शामिल करता है। ये भंडार स्पंज की तरह एंटीबायोटिक्स या अन्य सक्रिय पदार्थों को अवशोषित कर सकते हैं।

स्थानीय एंटीबायोटिक प्रशासन और चांदी संक्रमण के खतरे को कम करते हैं

शोधकर्ता इलेक्ट्रोलाइट और प्रक्रिया मापदंडों को चुनकर छिद्र के आकार और संरचना को नियंत्रित करते हैं। यह लोडिंग क्षमता और एंटीबायोटिक रिलीज की अवधि के लिए महत्वपूर्ण है।

“एक बार जब एमएओ परत पूरी हो जाती है, तो धातु के हिस्सों को अत्यधिक केंद्रित एंटीबायोटिक समाधान में डुबोया जाता है। केशिका बल दवा के साथ निर्धारित क्षमता तक छिद्रों को समान रूप से भरना सुनिश्चित करते हैं, जिसे बाद में प्रसार द्वारा शरीर में छोड़ा जाता है। सतह को विकसित करने और बोर्ड पर हमारे परियोजना भागीदारों को शामिल करने के बाद, हमने वांछित अवधि में एंटीबायोटिक रिलीज प्रोफ़ाइल का परीक्षण किया। इस उद्देश्य के लिए, हमने संस्थान में इन विट्रो परीक्षण आयोजित किए,” पॉलिमर रसायन विज्ञान और सामग्री व्यवहार के सह-प्रमुख लिंडा गैटजेन कहते हैं। फ्राउनहोफर आईएफएएम। लैब परीक्षण के दौरान, शोधकर्ता यह दिखाने में भी सफल रहे कि चांदी के कण एंटीबायोटिक के प्रभाव को बढ़ाते हैं।

सरल और तेज़ कोटिंग प्रक्रिया

इस प्रकार का सतह उपचार प्रत्यारोपण के क्षेत्र में पूरी तरह से नया है: “फिलहाल, बाजार में इसकी तुलना करने योग्य कुछ भी नहीं है। कुल मिलाकर, चिकित्सा उपकरणों के लिए केवल कुछ ही समाधान हैं जो एंटीबायोटिक कोटिंग्स पर निर्भर हैं, और यदि वे ऐसा करते हैं, तो उत्पादन प्रक्रिया बहुत अधिक जटिल है,” बोरचेरिंग कहते हैं।

कठिन परिस्थितियों में भी सरल सेटअप, विधि का एक प्रमुख लाभ है: अनिवार्य रूप से, MAO कोटिंग प्रक्रिया के लिए विसर्जन स्नान के लिए केवल एक बिजली की आपूर्ति और एक शीतलन उपकरण की आवश्यकता होती है। यह प्रक्रिया को इतना सरल और लागत प्रभावी बनाता है कि प्रौद्योगिकी के और अधिक परिपक्व हो जाने पर इसका उपयोग संकटग्रस्त क्षेत्रों में भी किया जा सकता है। इसके अलावा, एमएओ सतह उत्कृष्ट जैव अनुकूलता दिखाती है, जो तेजी से प्रत्यारोपण एकीकरण का समर्थन करती है।

यूक्रेन और उससे आगे के लिए प्रौद्योगिकी को आगे बढ़ाना

नई कोटिंग व्यवहार में कैसा प्रदर्शन करती है इसका परीक्षण यूक्रेन में किया जाएगा। अगले चरणों में प्रौद्योगिकी का प्रीक्लिनिकल विकास और क्लिनिकल परीक्षण शामिल हैं, जिन्हें लविवि में अनब्रोकन राष्ट्रीय पुनर्वास केंद्र में किया जा सकता है। यह केंद्र यूक्रेन में युद्ध-विकलांग लोगों की अस्पताल देखभाल के लिए सबसे बड़ा संस्थान है।

युद्ध की शुरुआत के बाद से, इसने 10,000 से अधिक ऑपरेशन किए हैं। केंद्र को सुरक्षित प्रत्यारोपण की तत्काल आवश्यकता है, यही कारण है कि UNBROKEN लंबी अवधि में उत्पादन क्षमता सुरक्षित करने की योजना बना रहा है। हालाँकि, फिलहाल टीम परियोजना को आगे बढ़ाने और साइट पर प्रोटोटाइप तैयार करने के लिए यूक्रेन और यूरोप में भागीदारों की तलाश कर रही है।

यह पद्धति जर्मनी में भी रुचि आकर्षित कर रही है। फ्राउनहोफर आईएफएएम के प्रौद्योगिकी भागीदार के रूप में, कंपनी केएलएस मार्टिन ने पहले से ही नमूना प्रत्यारोपण प्रदान किया है, जिस पर ब्रेमेन स्थित शोधकर्ता वर्तमान में काम कर रहे हैं – आवेदन की दिशा में पहला कदम।

टोबियास वोल्फ्राम, जो केएलएस मार्टिन में प्रत्यारोपण अनुसंधान विभाग के प्रमुख हैं, बताते हैं, “परियोजना के उच्च नैतिक मूल्य के अलावा, हम हड्डी प्रत्यारोपण से परे मेडिकल इंजीनियरिंग के लिए एमएओ पद्धति में काफी संभावनाएं देखते हैं। इसलिए हम अपनी विशेषज्ञता और सामग्रियों के साथ टीम का समर्थन करने में प्रसन्न हैं।”

फ्रौनहोफर आईएफएएम अंतर्राष्ट्रीय व्यापार शो मेडिका में संक्रमण को रोकने के लिए डिज़ाइन किए गए टाइटेनियम प्रत्यारोपण की एक मानव खोपड़ी प्रतिकृति प्रस्तुत करेगा, जो 17 से 20 नवंबर, 2025 तक डसेलडोर्फ में आयोजित किया जाएगा।