港大醫學院首創智能鈦金屬植入物塗層 近紅外線照射15分鐘可迅速殺菌兼促進新骨生成融合

香港文匯報訊（記者 楊梓穎）植入物相關感染是骨科手術的一大挑戰。當細菌於植入物表面形成生物膜，便會對抗生素及患者的免疫系統產生耐藥性。患者往往需要接受反覆清創、翻修手術和長期使用高劑量全身性抗生素，這些治療程序延長了康復時間、增加醫療開支，亦可能加劇抗生素耐藥風險，以致出現反覆感染。香港大學醫學院臨床醫學學院矯形及創傷外科學系的研究團隊，成功研發出一種可由近紅外線啟動的鈦金屬植入物塗層，只需以近紅外線單次照射15分鐘，即可快速清除金黃葡萄球菌生物膜達到99.94%，更無需使用抗生素，亦能同時促進骨骼與植入物的融合。該設計以二氧化鈦為基礎，而二氧化鈦亦是鈦金屬天然表面氧化層中的相同化合物，這一特點或許為其與現有鈦金屬植入物的配合應用及未來臨床轉化帶來優勢。技術有望為植入物感染問題提供全新的解決方案。相關研究成果已刊於國際期刊《Cell Biomaterials》。

現時廣泛應用於骨科手術的鈦金屬及其合金植入物塗層，具有一層天然形成的二氧化鈦薄膜，雖具良好生物相容性，卻缺乏主動抗菌和促進骨生長的能力。當金黃葡萄球菌等細菌在鈦塗層上形成生物膜後，單靠抗生素難以根除細菌，令患者常需接受侵入性翻修手術。

領導此研究的港大醫學院臨床醫學學院矯形及創傷外科學系教授楊偉國表示，植入物相關感染是導致植入物失效的重要原因。細菌一旦在植入物表面產生並形成生物膜，通常難以清除，並往往會引致持續發炎，令植入物未能固定，最終造成鬆脫甚至失效。

他續指，現有抗菌塗層雖能提供一定保護，但多依賴外加藥劑，如抗生素、金屬離子或複雜生物活性分子。這些方法載藥量有限，釋放劑量也難以精準控制，還可能有潛在毒性，而且藥效消退後抗菌功能便會隨之消失。

「因此，臨床上需一種新技術，可在體內原位啟動、效果可控持久，既能高效清除生物膜，又能促進骨骼與植入物的融合，而無需使用額外藥物。這正是我們的研究方向。」

港大醫學院團隊以模板輔助技術，在鈦塗層精準構建納米蜂窩狀結構，進行氫化處理引入氧空位，製成可遙距啟動的智能塗層。在近紅外線照射下，這種智能塗層可同步產生活性氧和溫和的局部光熱效應，迅速破壞生物膜結構並殺滅細菌。

在體外實驗中，單次15分鐘照射智能塗層，即可清除99.94%金黃葡萄球菌；在大鼠脛骨缺損感染模型中同樣能消除91.58%的生物膜。與傳統鈦植入物相比，智能塗層可顯著減少生物膜殘留、膿液形成及局部炎症反應。

它可促使巨噬細胞由持續的「促炎狀態」轉向有助組織修復的「促癒合狀態」，從而改善局部組織修復環境，吸引更多成骨細胞並促進其分化，顯著促進新骨生成，令植入物可更快、更穩定地與骨骼融合。

楊偉國表示，新技術不但能抗感染，亦可加速骨融合，彌補現有植入物的不足。該塗層不僅展現出強效抗菌及促成生骨能力，亦具備極高轉化潛力。由於這項技術完全依賴現有植入物材料，製造流程成熟，將有利監管審批、規模化生產及臨床應用，未來有望廣泛改善骨科手術成效，惠及更多患者。

此項研究第一作者為港大矯形及創傷外科學助理教授（研究）祝亦周。