Адгезивные характеристики материалов, применяемых в медицине

Abstract

Введение. Полимеры в настоящее время активно применяются в клинической практике, охватывая реконструктивную хирургию, ортодонтию, ортопедию, кардиохирургию и другие направления. При создании как съемных, так и несъемных конструкций необходимо учитывать их адгезивные свойства и способность к колонизации микроорганизмами. Трудности успешного лечения биопленкоассоциированных инфекций и возрастающая резистентность микробов к традиционным способам их устранения требуют поиска новых инновационных подходов, в том числе относя-щихся к изменению свойств полимеров, применяемых в медицине. Следовательно, первостепенной задачей становится разработка и исследование новых соединений с последующим их сопоставлением с существующими аналогами. Цель. Изучение адгезии различных микроорганизмов к поверхности как новых, перспективных для имплантатов и медицинских изделий полимеров, так и тех, что уже используются в медицине. Материалы и методы. Исследованы адгезивные характеристики 4 синтезированных образцов полимеров: полиэфирэфиркетон (ПЭЭК 343х), сополимер ПЭЭК с 4,4’-дигидроксидифенилом (ПЭЭК 352), полифениленсульфон (ПФСН 281А), полиэтилентерефталат ПЭТФ 154. Для сравнения были изучены адгезивные характеристики наиболее часто используемых в медицинской промышленности материалов – поливинилхлорид, полиамид, полипропилен, полиуретан, тефлон, силикон. Индекс адгезии вычисляли по формуле: I = lgA / lgN, где I – индекс остаточной адгезии, в которой А означает число прилипших бактерий, а N – количество бактерий исходной взвеси, наносимой на стандартный образец (КОЕ/мл). Была изучена адгезия грамположительных и грамотрицательных бактерий и дрожжеподобных грибов. Эксперименты были проведены в триплетах, в представленной таблице приведены данные в виде средних значений, достоверность различий показателей оценивалась с помощью критерия Стьюдента. Статистически значимыми считали различия значений при p<0,05. Результаты. Было обнаружено, что достоверно выше индекс адгезии S. aureus (тест-штамм и клинический изолят) и дрожжеподобных грибов рода Candida к образцу из полиуретана. Образец № 4 (ПЭТФ 154) обладал высокими адгезивными характеристиками к штаммам грамположительных, грамотрицательных бактерий и дрожжеподобных грибов. Образец № 1 (ПЭЭК 343х) достоверно был более адгезивным к Candida albicans по сравнению с другими исследованными полимерами (p<0,05). Образцы № 2 и № 3 (ПЭЭК 352, ПФСН 281А) достоверно не отличались по адгезивным характеристикам друг от друга, были менее адгезивны ко всем изученных штаммам микробов по сравнению с ПЭТФ 154 и менее адгезивны к Candida albicans по сравнению с ПЭЭК 343х (p<0,05). Заключение. Поскольку индексы адгезии к данным образцам были достоверно ниже адгезивных характеристик полиамида, полипропилена и полиуретана, разработанные полимеры пригодны в качестве основы для различных медицинских изделий. Introduction. Polymers are actively used in clinical practice today, covering reconstructive surgery, orthodontics, orthopedics, cardiac surgery, and other areas. When creating both removable and non-removable structures, it is necessary to take into account their adhesive properties and the ability to be colonized by microorganisms. Challenges in successful treatment of biofilm-associated infections and increasing resistance of microbes against convenient methods of their elimination require the search for new innovative approaches, including those related to changing properties of polymers used in medicine. Therefore, the primary task is to create and investigate new compounds, and then compare them with existing analogues. Purpose. To study the adhesion of various microorganisms to the surface of both new polymers promising for implants and medical devices and those already used in medicine. Materials and methods. The adhesive characteristics of 4 synthesized polymer samples were studied: polyesteresterketone (PEEK 343x), PEEK copolymer with 4,4’-dihydroxydiphenyl (PEEK 352), polyphenylene sulfone (PFSH 281A), and polyethylene terephthalate PET 154. For comparison, the adhesive characteristics of the materials most commonly used in the medical industry (polyvinyl chloride, polyamide, polypropylene, polyurethane, Teflon, and silicone) were investigated. The adhesion index was calculated using the formula: I = lgA / lgN, where: I was the residual adhesion index; A was the number of adhering bacteria; and N was the number of bacteria in the initial suspension applied to the standard sample (CFU/ml). The adhesion of gram-positive and gram-negative bacteria and yeast-like fungi was investigated. The experiments were conducted in triplicates, and the table below presents the data in the form of average values. The significance of the differences was assessed using the Student’s t-test. Statistically significant differences were considered to be those with p<0.05. Results. It was found that the adhesion index of S. aureus (test strain and clinical isolate) and yeast-like fungi of the Candida genus to the polyurethane sample was significantly higher. Sample No. 4 (PETF 154) had high adhesive properties to gram-positive, gram-negative bacteria, and yeast-like fungi. Sample No. 1 (PEEK 343x) was significantly more adhesive to Candida albicans compared to other polymers studied (p<0.05). Samples No. 2 and No. 3 (PEEK 352, PFSN 281A) did not differ significantly in their adhesive properties, and they were less adhesive to all studied microbial strains compared to PETF 154, and less adhesive to Candida albicans compared to PEEK 343x (p<0.05). Conclusion. Since the adhesion indices to these samples were significantly lower than the adhesion characteristics of polyamide, polypropylene, and polyurethane, the polymers designed seemed to be suitable as a basis for various medical devices.