Влияние комбинации ванкомицина с препаратом серебра на длительность антимикробной активности костного цемента и формирование биопленки штаммом MRSA

Обложка


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Локальная профилактики перипротезной инфекции и лечение инфекционных осложнений после протезирования различных суставов включает применение спейсеров на основе полиметилметакрилата, импрегнированные антимикробными средствами. При этом, вносимые компоненты способны менять характеристики костного цемента и оказывать антимикробное действие различной длительности. Цель исследования - оценить длительность антимикробной активности и влияние на формирование биопленки типовым штаммом S. aureus ATCC 43300 (MRSA) образцов костного цемента, импрегнированного ванкомицином и/или высокодисперсным серебром, стабилизированным поливинилпирролидоном

Материалы и методы. Образцы готовили из костного цемента DEPUY CMW 1 GENTAMICIN. Для получения опытных образцов в 40 г сухого вещества смешивали ванкомицином и/или высокодисперсным серебром. Для определения длительности антимикробной активности в отношении Staphylococcus aureus ATCC 43300 (MRSA) готовили стандартные бусины диаметром 9 мм и весом 0,4 грамма.   Биопленки окрашивали раствором кристаллического фиолетового, с последующей экстракцией этанолом. Биомассу пленок оценивали по оптической плотности полученных спиртовых экстрактов. Морфологию и элементный состав материала исследовали методами сканирующей электронной микроскопии.

Результаты. Контрольные не обладали антимикробной активностью в отношении MRSA ATCC 43300. Опытные образцы, дополнительно содержащие 10 масс.% ванкомицина демонстрировали АМА в течение 9 суток. При внесении в КЦ-гента ВД-Ag регистрировали значительное удлинение времени АМА образцов 3 и 4. Так, при добавлении 2,5 масс.% ВД-Ag длительность АМА составила 21 сутки, а при увеличении до 10 масс.% - 34 суток. Статистически значимых различий между оптической плотностью экстрактов генцианвиолета в стерильной питательной среде и с MRSA не выявлено. В соответствии с представленными данными можно говорить об эффективном противобиопленочном действии костного цемента, импрегнированного антибиотиками и/или высокодисперсным серебром.

Заключение. Способность MRSA к адгезии и биопленкообразованию приводит к низкой эффективности лечения за счет устойчивости патогена к антибиотикам и факторам иммунной защиты организма. Применение комбинации ванкомицина с ВД-Ag обеспечило существенное пролонгирование до 34 суток антимикробной активности образцов костного цемента, которая эффективно препятствовала формированию микробных биопленок на его поверхности. Несмотря на то, что условия проведенного эксперимента in vitro не являются тождественными условиям клинического применения антимикробных спейсеров из костного цемента на основе ПММА, полученные нами результаты свидетельствуют о необходимости применять спейсеры с известной продолжительностью антимикробной активности.

Об авторах

С. А. Божкова

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена»
Минздрава России

Email: clinpharm-rniito@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-2083-2424

Божкова Светлана Анатольевна— д-р мед. наук, заведующая  научным  отделением  профилактики  и лечения  раневой  инфекции  и  отделением клинической фармакологии,  профессор  кафедры травматологии и  ортопедии

 г. Санкт-Петербург

Е. М. Гордина

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена» Минздрава России

Автор, ответственный за переписку.
Email: kate_alex.07@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-2326-7413

Гордина  Екатерина  Михайловна —  канд.  мед.  наук, 
старший  научный  сотрудник  отделения  профилактики  и лечения  раневой  инфекции

 г.  Санкт-Петербург

Россия

М. А. Марков

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский государственный технологический институт (Технический университет)»

Email: barca0688@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-3196-7535

Марков  Михаил  Александрович —  канд.  техн.  наук, 
докторант  кафедры  химической  технологии  тугоплавких неметаллических и силикатных материалов

 г. Санкт-Петербург

А. В. Афанасьев

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена»
Минздрава России

Email: avafanasev@rniito.ru
ORCID iD: 0000-0002-3097-7846

Афанасьев Александр Витальевич— травматолог-ортопед отделения гнойной хирургии

 г.  Санкт-Петербург

В. А. Артюх

ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр травматологии и ортопедии им. Р.Р. Вредена»
Минздрава России

Email: artyukhva@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-5087-6081

Артюх Василий Алексеевич— канд. мед. наук, заведующий отделением гнойной хирургии

г. Санкт-Петербург

К. В. Малафеев

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»

Email: kostya_malafeev@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-8540-8608

Малафеев  Константин  Вадимович —  аспирант лаборатории  «Полимерные  материалы  для  тканевой 
инженерии  и  трансплантологии»

 г. Санкт-Петербург

Е. М. Иванькова

ФГБОУ ВО «Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого»; ФГБОУН «Институт высокомолекулярных соединений Российской академии наук»

Email: fake@neicon.ru
ORCID iD: 0000-0002-4823-0695

Иванькова Елена Михайловна— канд. физ.-мат. наук, 
старший научный сотрудник лаборатории «Полимерные материалы для тканевой  инженерии  и трансплантологии»;  старший  научный сотрудник лаборатории механики полимеров и композиционных материалов

г. Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Flemming H.C., Wingender J., Szewzyk U., Steinberg P., Rice S., Kjelleberg S. Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nat Rev Microbiol. 2016; 14(9):563–575. doi: 10.1038/nrmicro.2016.94.
  2. Crabbе A., Jensen P.О., Bjarnsholt T., Coenye T. Antimicrobial Tolerance and Metabolic Adaptations in Microbial Biofilms. Trends Microbiol. 2019;27(10):850-863. doi: 10.1016/j.tim.2019.05.003.
  3. Arciola C.R., Campoccia D., Montanaro L. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion. Nat Rev Microbiol. 2018;16(7):397-409. doi: 10.1038/s41579-018-0019-y.
  4. Lamret F., Colin M., Mongaret C., Gangloff S.C., Reffuveille F. Antibiotic Tolerance of Staphylococcus aureus Biofilm in Periprosthetic Joint Infections and Antibiofilm Strategies. Antibiotics (Basel). 2020;9(9):547. doi: 10.3390/antibiotics9090547.
  5. Божкова С.А., Касимова А.Р., Тихилов Р.М., Полякова Е.М., Рукина А.Н., Шабанова В.В., Ливенцов В.Н. Неблагоприятные тенденции в этиологии ортопедической инфекции: результаты 6-летнего мониторинга структуры и резистентности ведущих возбудителей. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):2031.
  6. Boswihi S.S., Udo E.E.. Methicillin-resistant Staphylococcus aureus: an update on the epidemiology, treatment options and infection control. J Curr Med Res Pract. 2018;8(1):18–24. doi: 10.1016/j.cmrp.2018.01.001.
  7. Wong M., Chapman M.G., Malhotra S., Mirzanejad Y., Deans G.D. Experience with high dose once-daily vancomycin for patients with skin and soft-tissue infections in an ambulatory setting. Open Forum Infect Dis. 2017;4(Suppl 1):S338. doi: 10.1093/ofid/ofx163.806.
  8. Buchholz H.W., Engelbrecht H. Depot effects of various antibiotics mixed with Palacos resins. Chirurg. 1970; 41(1)1:511-515.
  9. Durbhakula S.M., Czajka J., Fuchs M.D/, Uhl R.L. Spacer endoprosthesis for the treatment of infected total hip arthroplasty. J Arthroplasty. 2004;19(6):760-767. doi: 10.1016/j.arth.2004.02.037.
  10. Joseph T.N., Chen A.L., Di Cesare P.E. Use ofantibiotic-impregnated cement in total joint arthroplasty. J Am Acad Orthop Surg. 2003;11(1):38-47. doi: 10.5435/00124635-200301000-00006.
  11. Конев В.А., Божкова С.А., Нетылько Г.И., Афанасьев А.В, Румакин В.П., Полякова Е.М., Рукина А.Н., Парфеев Д.Г. Результаты применения фосфомицина для импрегнации остеозамещающих материалов при лечении хронического остеомиелита. Травматология и ортопедия России. 2016; 22(2):43-56.
  12. Gasparini G., De Gori M., Calonego G., Della Bora T., Caroleo B., Galasso O. Drug elution from high-dose antibiotic-loaded acrylic cement: a comparative, in vitro study. Orthopedics. 2014;37(11):e999-1005. doi: 10.3928/01477447-20141023-57.
  13. Тапальский Д.В., Осипов В.А., Сухая Г.Н., Ярмоленко М.А., Рогачев А.А., Рогачев А.В. биосовместимые композиционные антибактериальные покрытия для защиты имплантатов от микробных биопленок. Проблемы здоровья и экологии. 2013;(2):129-134.
  14. Slane J., Vivanco J., Rose W., Ploeg H.L., Squire M. Mechanical, material, and antimicrobial properties of acrylic bone cement impregnated with silver nanoparticles. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015;48:188-196. doi: 10.1016/j.msec.2014.11.068.
  15. Kalishwaralal K., BarathManiKanth S., Pandian S.R., Deepak V., Gurunathan S. Silver nanoparticles impede the biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus epidermidis. Colloids Surf B Biointerfaces. 2010;79(2):340-344. doi: 10.1016/j.colsurfb.2010.04.014.
  16. Karczewski D., Winkler T., Renz N., Trampuz A., Lieb E., Perka C., Müller M. A standardized interdisciplinary algorithm for the treatment of prosthetic joint infections. Bone Joint J. 2019;101-B(2), 132–139. doi: 10.1302/0301-620X.101B2.BJJ-2018-1056.R1.
  17. Bertazzoni Minelli E, Della Bora T, Benini A. Different microbial biofilm formation on polymethylmethacrylate (PMMA) bone cement loaded with gentamicin and vancomycin. Anaerobe. 201;17(6):380-3. doi: 10.1016/j.anaerobe.2011.03.013.
  18. Rava A., Bruzzone M., Cottino U., Enrietti E., Rossi, R. Hip Spacers in Two-Stage Revision for Periprosthetic Joint Infection: A Review of Literature. Joints. 2019;7(2):56–63. doi: 10.1055/s-0039-1697608.
  19. Kim S., Bishop A.R., Squire M.W., Rose W.E., Ploeg, H.-L. Mechanical, elution, and antibacterial properties of simplex bone cement loaded with vancomycin. J Mech Behav Biomed Mater. 2020;103:103588. doi: 10.1016/j.jmbbm.2019.103588.
  20. Bishop A.R., Kim S., Squire M.W., Rose W.E., Ploeg H.-L. Vancomycin elution, activity and impact on mechanical properties when added to orthopedic bone cement. J. Mech Behav Biomed Mater 87. 2018:80–86. doi:10.1016/j. jmbbm.2018.06.033.
  21. Martínez-Moreno J., Merino V., Nacher A., Rodrigo J.L., Climente M., Merino- Sanjuan M. Antibiotic-loaded bone cement as prophylaxis in total joint replacement. Orthop Surg. 2017:9(4):331–341. doi: 10.1111/os.12351.
  22. Lilikakis A., Sutcliffe M.P.F. The effect of vancomycin addition to the compression strength of antibiotic-loaded bone cements. Int Orthop. 2009:33(3):815–819. doi: 10.1007/s00264-008-0521-3.
  23. Тапальский Д.В., Волотовский П.А., Козлова А.И., Ситник А.А. Антибактериальная активность покрытий на основе импрегнированного антибиотиками костного цемента в отношении микроорганизмов с различными уровнями антибиотикорезистентности. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):105-110. doi: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-105-110.
  24. Hashimoto A, Miyamoto H, Kobatake T, Nakashima T, Shobuike T, Ueno M, Murakami T, Noda I, Sonohata M, Mawatari M. The combination of silver-containing hydroxyapatite coating and vancomycin has a synergistic antibacterial effect on methicillin-resistant Staphylococcus aureus biofilm formation. Bone Joint Res. 2020;9(5):211-218. doi: 10.1302/2046-3758.95.BJR-2019-0326.R1.
  25. Kuechle D.K., Landon G.C., Musher D.M., Noble P.C. Elution of vancomycin, daptomycin, and amikacin from acrylic bone cement. Clin Orthop Relat Res. 1991;(264):302–308. doi: 10.1097/00003086-199103000-00038.
  26. McLaren A.C., Nelson C.L., McLaren S.G., DeClerk G.R. The effect of Glycine filler on the elution rate of gentamicin from acrylic bone cement: a pilot study. Clin Orthop Relat Res. 2004;(427):25–27. doi: 10.1097/01.blo.0000143556.41472.2a.
  27. Nugent M., McLaren A., Vernon B., McLemore R. Strength of antimicrobial bone cement decreases with increased poragen fraction. Clin Orthop Relat Res. 2010;468(8):2101–2106. doi: 10.1007/s11999-010-1264-1.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ,


СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 82474 от 10.12.2021.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах