Traumatology and Orthopedics of RussiaTraumatology and Orthopedics of RussiaТравматология и ортопедия России2311-29052542-0933Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics1787010.17816/2311-2905-17870Theoretical and experimental studiesТеоретические и экспериментальные исследованияTheoretical and experimental studiesResearch ArticleThe effect of polymer gel on rabbits’ macroorganism under conditions of long-term intraosseous exposureВоздействие полимерного геля на организм кроликов в условиях длительной внутрикостной экспозицииhttps://orcid.org/0000-0002-2100-68965042-3281LegonkovaOlga AlexandrovnaЛегоньковаОльга Александровна
Russian Federation

доктор технических наук, заведующая отделом перевязочных, шовных и полимерных материалов

oalegonkovapb@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8725-232057211159557E-1530-20186302-4600StaffordVictoria VasilyevnaСтаффордВиктория Васильевна
Russian Federation

кандидат биологических наук, и.о. заведующего, ведущий научный сотрудник сектора патоморфологии

v.v.stafford.viev@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9117-92774868-8932AntonovValerii VladimirovichАнтоновВалерий Владимирович
Russian Federation

Candidate of Medical Sciences, Doctor of the Department of Orthopedics and Arthrology

кандидат медицинских наук, врач отделения ортопедии и артрологии

val1689@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0002-9041-95394582-5685AhmedovBagavdin AbdulgadgievichАхмедовБагавдин Абдулгаджиевич
Russian Federation

Doctor of Medical Sciences, Head of the Department of Orthopedics and Arthrology

доктор медицинских наук, заведующий отделением ортопедии и артрологии

akhmedov@ixv.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2083-24243086-3694BozhkovaSvetlana AnatolyevnaБожковаСветлана Анатольевна
Russian Federation

MD, Professor, Head of the Scientific Department of Prevention and Treatment of Wound Infection and the Department of Clinical Pharmacology

д.м.н., профессор, заведующая научным отделением профилактики и лечения раневой инфекции и отделением клинической фармакологии

clinpharm-rniito@yandex.ruNational Medical Research Center of Surgery named after A. Vishnevsky, Ministry of Health of the Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр хирургии им. А.В. Вишневского Министерства здравоохранения Российской ФедерацииFederal State Budget Scientific Institution «Federal Scientific Centre VIEV», Russian Academy of SciencesФедеральный научный центр – Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной ветеринарии имени К.И. Скрябина и Я.Р. Коваленко Российской академии наукNational Medical Research Center of Surgery named after A. Vishnevsky, Ministry of Health of the Russian FederationФГБУ «НМИЦ хирургии им. А. В. Вишневского» Министерства здравоохранения Российской ФедерацииVreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics, Ministry of Health of the Russian FederationНациональный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена Министерства здравоохранения Российской Федерации210820263230304202602062026Copyright ©; , Eco-VectorCopyright ©; , Эко-ВекторCopyright ©; , Eco-VectorEco-VectorЭко-ВекторEco-Vectorhttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0https://journal.rniito.org/jour/article/view/17870

Relevance: Studying of the effect of the gel on the surrounding tissues is important for assessing delayed complications when using such a composition to prevent the development of postoperative complications at the site of surgical intervention during fracture reduction and prosthetics of bone tissue elements. The article presents data that are the result of a long-term study (over 1 year) of the effect of a polymer gel based on polyvinyl pyrrolidone with antibiotics on the cells of the bone marrow, soft tissues, and parenchymal organs of rabbits after its implantation with a surgical needle in the medullary canal of the femur. The aim of the work is to assess the effect of an experimental polymer hydrogel with prolonged antimicrobial activity on the histoarchitectonics of parenchymal organs and perifocal tissues one year after its implantation in the distal epiphysis of the femur of laboratory animals (rabbits). Materials and methods. The study used a surgical method of introducing a gel-filled needle into the femur, followed by monitoring the hematological parameters of the rabbit’s blood during the experiment and a histological examination at the end. Results: no deviations of clinical and biochemical blood parameters from reference values were established, which is confirmed by the preserved histoarchitectonics of parenchymal organs during histological examination. As a result of the analysis of histological sections of bone and soft tissue samples of the femur in the area of the gel-impregnated needle implantation, it was revealed that fragments of gel (456.23 – 34108.29 μm2) are present throughout the year both in the femur area and in the marrow canal among the red bone marrow cells. Over time, a capsule (~ 10 μm thick) consisting of collagen fibers forms around the particles and between the muscle fibers in the operated area of the thigh. Subsequently, in the cavity of the bone marrow canal, the capsule was observed to be compacted and thickened to 17.5 μm with signs of its heterotopic ossification. According to the test results, in the bone marrow canal, around the gel particles, the presence of lymphocytes was revealed in the form of a thin demarcation zone with a single, perifocal presence of giant multinucleated foreign body cells (1-2 cells per 3 gel particles), containing fragments of the gel in their cytoplasm. No inflammatory reaction was detected to the prolonged presence of the gel in the soft tissues of the thigh in the area of the operation, and in the marrow canal perifocal from the surgical needle place. In dynamics, the development of connective tissue around the gel particles (in the soft tissues of the thigh and in the marrow canal) with its subsequent consolidation in the marrow canal was demonstrated, and it was also established that the gel does not have a toxic effect on bone marrow cells and structures of parenchymal organs.

Актуальность: Изучение влияния геля на окружающие ткани важно для оценки отсроченных осложнений при использовании такой композиции для предотвращения развития послеоперационных осложнений в месте оперативного вмешательства при репозиции переломов и протезировании элементов костной ткани. В статье представлены данные, являющиеся результатом продолжительного исследования (в течение 1 года) влияния полимерного геля на основе поливинилпирролидона с антибиотиками на клетки костного мозга, мягких тканей и паренхиматозных органов кроликов после его имплантации с хирургической спицей в костномозговой канал бедренной кости. Цель работы – оценка влияния экспериментального полимерного гидрогеля с пролонгированной антимикробной активностью на гистоархитектонику паренхиматозных органов и перифокальных тканей через год после его имплантации в область дистального эпифиза бедренной кости лабораторных животных (кроликов). Материалы и методы. В работе использован хирургический метод введения спицы с гелем в бедренную кость, с последующим контролем гематологических показателей кроликов в течении эксперимента и гистологическим исследованием в завершении. Результаты: установлено отсутствие отклонений клинических и биохимических показателей крови от референсных значений, что подтверждается сохранённой гистоархитектоникой паренхиматозных органов при гистологическом исследовании. В результате анализа гистологических срезов образцов кости и мягких тканей бедра в области имплантации спицы с гелем было выявлено, что фрагменты геля (456,23 – 34108,29 мкм2) присутствуют на протяжении года и в области бедра, и в костномозговом канале среди клеток красного костного мозга. С течением времени вокруг его частиц, между мышечными волокнами в оперируемой области бедра формируется капсула (толщиной ~ 10 мкм), состоящая из коллагеновых волокон. Впоследствии, в полости костномозгового канала, замечено уплотнение и утолщение данной капсулы до 17,5 мкм с признаками её гетеротопической оссификации. По результатам испытаний в костномозговом канале вокруг частиц геля было выявлено присутствие лимфоцитов в виде тонкой демаркационной зоны с единичным, перифокальным присутствием гигантских многоядерных клеток инородного тела (1 – 2 клетки на 3 частицы геля), содержащих фрагменты геля в своей цитоплазме. Воспалительной реакции на длительное присутствие геля в мягких тканях бедра в области операции, и в костномозговом канале перифокально от ложемента хирургической спицы не выявлено. В динамике продемонстрировано развитие соединительной ткани вокруг частиц геля (в мягких тканях бедра и в костномозговом канале) с последующим ее уплотнением в костномозговом канале, а также установлено, что гель не оказывает токсического действия на клетки костного мозга и структуры паренхиматозных органов.

peri-prosthetic infection, polymer gel, bone marrow canal, parenchymal organs, histology, rabbitsперипротезная инфекция, полимерный гель, костномозговой канал, паренхиматозные органы, гистология, кроликиThe work was carried out as part of State Assignment No. 1023022600041-9-3.4.4.Работа выполнена в рамках Государственного Задания № 1023022600041-9-3.4.4.Joanroy R, Møller JK, Gubbels S, Overgaard S, Varnum C. Total hip arthroplasty performed in summer is not associated with increased risk of revision due to prosthetic joint infection: a cohort study on 58 449 patients with osteoarthritis from the Danish Hip Arthroplasty Register. J Bone Jt Infect. 2024;9(1):1-8. https://doi.org/10.5194/jbji-9-1-2024. PMID: 38600995; PMCID: PMC11002913Keemu H, Alakylä KJ, Klén R, Panula VJ, Venäläinen MS, Haapakoski JJ, Eskelinen AP, Pamilo K, Kettunen JS, Puhto AP, Vasara AI, Elo LL, Mäkelä KT. Risk factors for revision due to prosthetic joint infection following total knee arthroplasty based on 62,087 knees in the Finnish Arthroplasty Register from 2014 to 2020. Acta Orthop. 2023;94:215-223. https://doi.org/10.2340/17453674.2023.12307. PMID: 37140202; PMCID: PMC10158790.Шубняков И.И., Корыткин А.А., Денисов А.О., Джавадов А.А., Риахи А., Гуацаев М.С., Чилилов А.М., Тихилов Р.М. Ревизионное эндопротезирование тазобедренного сустава — что нас ждет? Травматология и ортопедия России. 2025;31(2):132-152. https://doi.org/10.17816/2311-2905-17697.Shubnyakov I.I., Korytkin A.A., Denisov A.O., Dzhavadov A.A., Riahi A., Guatsaev M.S., Chililov A.M., Tikhilov R.M. Revision total hip arthroplasty – what are we expect? Traumatology and orthopedics of Russia. 2025;31(2):132-152. (in Russian). doi: 10.17816/2311-2905-17697Кочиш А.А., Божкова С.А., Артюх В.А., Ливенцов В.Н., Афанасьев А.В., Торопов С.С. Совершенствование периоперационного ведения пациентов при санирующих операциях по поводу перипротезной инфекции в области тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2021;27(1):143-152. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2021-27-1-143-152.Kochish A.A., Bozhkova S.A., Artyukh V.A., Liventsov V.N., Afanas’ev A.V., Toropov S.S. Improvement of Perioperative Management of Patients Undergoing Surgical Treatment for Hip Periprosthetic Joint Infection. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2021;27(1): 143-152. (in Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2021-27-1-143-152.Мурылев В.Ю., Куковенко Г.А., Елизаров П.М., Иваненко Л.Р., Сорокина Г.Л., Рукин Я.А. и др. Алгоритм первого этапа лечения поздней глубокой перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):95-104. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2018-24-4-95-104.Murylev V.Y., Kukovenko G.A., Elizarov P.M., Ivanenko L.R., Sorokina G.L., Rukin Y.A. et al. The First-Stage Treatment Аlgorithm for Deep Infected Total Hip Arthroplasty. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2018;24(4):95-104. (in Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-95-104Туфанова О.С., Божкова С.А., Гордина Е.М., Артюх В.А. Особенности течения и среднесрочные исходы имплантат-ассоциированной инфекции, вызванной ведущими грамотрицательными возбудителями. Гений ортопедии. 2025;31(3):322-333. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2025-31-3-322-333.Tufanova O.S., Bozhkova S.A., Gordina E.M., Artyukh V.A. Course and medium-term outcomes of implantassociated infection caused by leading gram-negative pathogens. Genij Ortopedii. 2025;31(3):322-333. (in Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2025-31-3-322-33Anagnostakos K, Grzega C, Sahan I, Geipel U, Becker SL. Occurrence of Rare Pathogens at the Site of Periprosthetic Hip and Knee Joint Infections: A Retrospective, Single-Center Study. Antibiotics (Basel). 2021;10(7):882. https://doi.org/10.3390/antibiotics10070882. PMID: 34356802; PMCID: PMC8300814.Lyu J, Huang J, Huang J, Hu H, Wang Q, Ding H, Li H, Fang X, Zhang W. Rising challenges in periprosthetic joint infections: a focus on rare pathogens and their clinical implications. Front Cell Infect Microbiol. 2024;14:1451398. https://doi.org/10.3389/fcimb.2024.1451398. PMID: 39698321; PMCID: PMC11652475.Gonzalez MR, Gonzalez J, Patel RV, Werenski JO, Lizcano JD, Lozano-Calderon SA; Gram-negative PJI Collaborative Group. Microbiology, Treatment, and Postoperative Outcomes of Gram-Negative Prosthetic Joint Infections-A Systematic Review of the Literature. J Am Acad Orthop Surg. 2025;33(6):e327-e339. https://doi.org/10.5435/JAAOS-D-23-01203. Epub 2024 Sep 5. PMID: 39254925.Otero JE, Brown TS, Courtney PM, Kamath AF, Nandi S, Fehring KA. What's New in Musculoskeletal Infection. J Bone Joint Surg Am. 2023;105(14):1054-1061. https://doi.org/10.2106/JBJS.23.00225. Epub 2023 May 17. PMID: 37196068.Павлов В.В., Петрова Н.В., Шералиев Т.У. Среднесрочные результаты двухэтапного лечения перипротезной инфекции. Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):109-116. https://doi.org/10.21823/2311-2905-2019-25-4-109-116.Pavlov V.V., Petrova N.V., Sheraliev T.U. Two-stage treatment of periprostetic infection: mid-term results. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2019;25(4):109-116. (in Russian). doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-109-116Burastero G., Basso M., Carrega G., Cavagnaro L., Chiarlone F., Salomone C, Papa G., Felli L. Acetabular spacers in 2-stage hip revision: is it worth it? A single-centre retrospective study. Hip Int. 2017;27(2):187-192. https://doi.org/10.5301/hipint.5000446.Тихилов Р.М., Божкова С.А., Артюх В.А. Перипротезная инфекция в области крупных суставов конечностей. Ортопедия. Клинические рекомендации. Под ред. акад. РАН Миронова С.П. Москва, 2018. С. 719–746.Tikhilov R.M., Bozhkova S.A., Artyukh V.A. Periprosthetic infection in the large joints of the extremities. Orthopedics. Clinical recommendations. Edited by akad. RAS Mironova S.P. Moscow, 2018. pp. 719-746. (in Russian).McLaren A.C., Estes C.S., McLemore R. PMMA and antimicrobial delivery. Periprosthetic Joint Infection of the Hip and Knee. Springer New York. 2014;9781461479284:125–147.Van Vugt T., Arts J., Geurts J. Antibiotic-loaded polymethylmethacrylate beads and spacers in treatment of orthopedic infections and the role of biofilm formation. Front. Microbiol. 2019;10:1–11. https://doi.org/10.3389/fmicb.2019.01626.Цискарашвили А.В., Меликова Р.Э., Волков А.В., Зайцева О.С., Пхакадзе Т.Я., Артюхов А.А., Сокорова Н.В. In vivo эффективность полимерных гидрогелей, импрегнированных антибактериальным препаратом, при хроническом остеомиелите. Гений ортопедии. 2023;29(5):535-545. https://doi.org/10.18019/1028-4427-2023-29-5-535-545. EDN: MZYINT.Tsiskarashvili1 A.V., Melikova R.E., Volkov A.V., Zaytseva O.S., Pkhakadze T.Ya., Artyukhov A.A., Sokorova N.V. In vivo effectiveness of polymer hydrogels impregnated with an antibacterial drug in chronic osteomyelitis. Genij Ortopedii. 2023;29(5):535-545. (in Russian). doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-5-535-545Capuano N, Logoluso N, Gallazzi E, Drago L, Romanò CL. One-stage exchange with antibacterial hydrogel coated implants provides similar results to two-stage revision, without the coating, for the treatment of peri-prosthetic infection. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2018;26(11):3362-3367. https://doi.org/10.1007/s00167-018-4896-4. Epub 2018 Mar 16. PMID: 29549387.Malizos K, Blauth M, Danita A, Capuano N, Mezzoprete R, Logoluso N, Drago L, Romanò CL. Fast-resorbable antibiotic-loaded hydrogel coating to reduce post-surgical infection after internal osteosynthesis: a multicenter randomized controlled trial. J Orthop Traumatol. 2017;18(2):159-169. https://doi.org/10.1007/s10195-017-0442-2. Epub 2017 Feb 2. PMID: 28155060; PMCID: PMC5429256.Божкова С.А., Корнева Ю.С., Ливенцов В.Н., Легонькова О.С., Анисимова Л.О., Нетылько Г.И., Гаджимагомедов М.Ш., Ахмедов Б.Г. Динамика перифокальных реакций на применение антимикробного геля при одноэтапном эндопротезировании тазобедренного сустава в условиях стафилококковой инфекции в эксперименте. Acta biomedica scientifica. 2024; 9(4): 77-88. https://doi.org/10.29413/ABS.2024-9.4.20.Bozhkova S.A., Korneva Yu.S., Liventsov V.N., Legonkova O.S., Anisimova L.O., Netylko G.I., Gadzhimagomedov M.Sh., Akhmedov B.G. Dynamics of perifocal reactions to the application of antimicrobial gel in one-stage hip replacement under conditions of staphylococcal infection in the experiment. Acta biomedica scientifica. 2024; 9(4): 77-88. (in Russian). doi: 10.29413/ABS.2024-9.4.20.Легонькова О.А., Стаффорд В.В., Антонов В.В., Ахмедов Б.Г., Божкова С.А. Влияние полимерного геля на окружающие ткани и паренхиматозные органы кроликов через 6 месяцев после введения в костномозговой канал при внутрикостном введении кроликам. Биотехнология. 2025;41(6):1-9. https://doi.org/10.56304/S0234275825060079.Legonkovaa O. A., Stafford V. V, Antonov V. V., Akhmedov B. G., Bozhkovac S. A. Effect of Polymer Gel on Surrounding Tissues and Parenchymatous Organs of Rabbits 6 Months after Introduction into the Bone Marrow Canal. Biotechnology. 2025;41(6):1-9. (in Russian). doi: 10.56304/S0234275825060079.Нарзуллаева М. А. и Абдухалилов С. А. Гематологические и биохимические характеристики крови кроликов. Development of Science. 2026;1(4):9–19.Narzullayeva M. A., Abdukhalilov S. A. Hematological and biochemical characteristics of rabbit blood. Development of Science. 2026;1(4):9–19.Masters EA, Trombetta RP, de Mesy Bentley KL, Boyce BF, Gill AL, Gill SR, Nishitani K, Ishikawa M, Morita Y, Ito H, Bello-Irizarry SN, Ninomiya M, Brodell JD Jr, Lee CC, Hao SP, Oh I, Xie C, Awad HA, Daiss JL, Owen JR, Kates SL, Schwarz EM, Muthukrishnan G. Evolving concepts in bone infection: redefining "biofilm", "acute vs. chronic osteomyelitis", "the immune proteome" and "local antibiotic therapy". Bone Res. 2019;7:20. https://doi.org/10.1038/s41413-019-0061-z. PMID: 31646012; PMCID: PMC6804538.Легонькова О.А., Стаффорд В.В., Антонов В.В., Ахмедов Б.А., Божкова С.А. Влияние полимерного геля на окружающие ткани и паренхиматозные органы при внутрикостном введении кроликам. Биотехнология. 2025;41(5):65‒70. https://doi.org/10.56304/S0234275825050084.Legonkovaa O.A., Stafford V.V., Antonov V.V., Akhmedov B.G., Bozhkova S.A. Effect of polymer gel inoculated into the bone marrow canal on surrounding tissues and parenchymatous organs in a rabbit model. Biotechnology. 2025;41(5):65‒70. (in Russian). doi: 10.56304/S0234275825050084.