Бактериостатические свойства костнозамещающих конструктов, полученных методом 3Dпечати из композиционных материалов на основе природных полимеров, фосфатов кальция и ванкомицина


Цитировать

Полный текст

Аннотация

Введение. Локальная доставка терапевтических концентраций антимикробных препаратов в зону оперативного вмешательства при костных патологиях позволяет предотвратить или существенно замедлить развитие остеомиелита. В данной работе была исследована эффективность включения и высвобождения антибиотика ванкомицина из трехмерных конструктов на основе альгината натрия, желатина и октакальциевого фосфата, предназначенных для замещения костных дефектов. Материалы и методы. Прототипирование трехмерных конструктов осуществляли методом экструзионной 3D-печати. Различные концентрации ванкомицина вносили в качестве дополнительного компонента на этапе приготовления гидрогелей («чернил») для печати. Физические испытания конструктов включали оценку их микроструктуры и пористости посредством электронной микроскопии, а также исследование механической прочности на сжатие и растяжение. Функциональную активность напечатанных конструктов в отношении тестового штамма S. aureus ATCC 6538-P оценивали in vitro диско-диффузионным методом и in vivo на модели зараженной эксцизионной раны на коже крыс. Результаты. Анализ кинетических кривых показал, что основное высвобождение препарата в модельной жидкости происходило в течение первых суток. Общая масса связавшегося и вышедшего ванкомицина составляла приблизительно 20% от расчетного исходного количества для всех трех концентраций препарата. In vitro показано формирование выраженной зоны задержки роста штамма S. aureus в присутствии насыщенных ванкомицином конструктов. Внесение конструктов в область инфицированного кожного дефекта приводило к снижению выраженности и частоты развития воспалительных процессов и ускоряло сроки полного заживления ран. Заключение . В ходе исследования была показана принципиальная возможность 3D-печати костнозамещающих имплантатов многокомпонентными гидрогелевыми композициями без изменения свойств отдельных составляющих.

Об авторах

Павел Анатольевич Каралкин

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

Email: prognoz.06@mail.ru
канд. мед. наук, старший науч. сотр. отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

Н. С Сергеева

ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова» Минздрава России

доктор биол. наук, профессор РНИМУ им. Н.И. Пирогова, зав. отделением прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

В. С Комлев

ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова» РАН

доктор техн. наук, член-корр. РАН, зам. директора по науке ИМЕТ РАН Москва, РФ

И. К Свиридова

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

канд. биол. наук, ведущий науч. сотр. отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

В. А Кирсанова

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

кандидат биол. наук, науч. сотр. отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

С. А Ахмедова

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

кандидат биол. наук, науч. сотр. отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

Я. Д Шанский

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

младший науч. сотр. отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

Е. А Кувшинова

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

младший науч. сотр. отделения прогноза эффективности консервативного лечения МНИОИ им. П.А. Герцена Москва, РФ

А. Ю Федотов

ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова» РАН

канд. техн. наук, старший науч. сотр. лаборатории керамических композиционных материалов ИМЕТ РАН Москва, РФ

А. Ю Тетерина

ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова» РАН

младший науч. сотр. лаборатории керамических композиционных материалов ИМЕТ РАН Москва, РФ

С. М Баринов

ФГБУН «Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова» РАН

доктор техн. наук, член-корр. РАН, зав. лаборатории керамических композиционных материалов ИМЕТ РАН Москва, РФ

А. Д Каприн

Московский научно-исследовательский онкологический институт им. П.А. Герцена» - филиал ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский радиологический центр» Минздрава России

доктор мед. наук, профессор, акад. РАН, генеральный директор НМИРЦ Москва, РФ

Список литературы

  1. Lew D.P., Waldvogel F.A. Osteomyelitis. Lancet. 2004; 364 (9431): 369-79. doi: 10.1016/S0140-6736(04)16727-5.
  2. Jorge L.S., Chueire A.G., Rossit A.R. Osteomyelitis: a current challenge. Braz. J. Infect. Dis. 2010; 14 (3): 310-5.
  3. Treaba D., Assad L., Govil H. et al. Diagnostic role of fine- needle aspiration of bone lesions in patients with a previous history of malignancy. Diagn. Cytopathol. 2002; 26 (6): 380-3. doi: 10.1002/dc.10120.
  4. Seng P., Alliez A., Honnorat E. et al. Osteomyelitis of sternum and rib after breast prosthesis implantation. IDCases. 2014; 2 (1): 31-3. doi: 10.1016/j.idcr.2014.12.004.
  5. Olson M.E., Horswill A.R. Staphylococcus aureus osteomyelitis: bad to the bone. Cell Host Microbe. 2013; 13 (6): 629-31. doi: 10.1016/j.chom.2013.05.015.
  6. Trampuz A., Widmer A.F. Infections associated with orthopedic implants. Curr. Opin. Infect. Dis. 2006; 19 (4): 349-56. doi: 10.1097/01.qco.0000235161.85925.e8.
  7. Marculescu C.E., Berbari E.F., Cockerill F.R., Osmon D.R. Fungi, mycobacteria, zoonotic and other organisms in prosthetic joint infection. Clin. Orthop. Relat. Res. 2006; 451: 64-72. doi: 10.1097/01.blo.0000229337.21653.f2.
  8. Gogia J.S., Meehan J.P., Di Cesare P.E., Jamali A.A. Local antibiotic therapy in osteomyelitis. Semin. Plast. Surg. 2009; 23 (2): 100-7. doi: 10.1055/s-0029-1214162.
  9. Панкратов А.С., Лекишвили М.В., Копецкий И.С. Костная пластика в стоматологии и челюстно-лицевой хирургии. Остеопластические материалы. М.: БИНОМ; 2011: 120-38.
  10. Pertici G., Carinci F., Carusi G. et al. Composite polymer- coated mineral scaffolds for bone regeneration: from material characterization to human studies. J. Biol. Regul. Homeost. Agents. 2015; 29 (3 Suppl. 1): 136-48.
  11. Сергеева Н.С., Комлев В.С., Свиридова И.К. и др. Некоторые физико-химические и биологические характеристики трехмерных конструкций на основе альгината натрия и фосфатов кальция, полученных методом 3D-печати и предназначенных для реконструкции костных дефектов. Гены и клетки. 2015; 10 (2): 39-45.
  12. Komlev V.S., Barinov S.M., Bozo I.I., Deev R.V., Eremin I.I., Sergeeva N.S. et al. Bioceramics composed of octacalcium phosphate demonstrate enhanced biological behavior. ACS Appl. Mater. Interfaces. 2014; 6 (19): 16610-20.
  13. Каралкин П.А., Сергеева Н.С., Комлев В.С. и др. Биосовместимость и остеопластические свойства минерал-полимерных композиционных материалов на основе альгината натрия, желатина и фосфатов кальция, предназначенных для трехмерной печати костно-замещающих конструкций. Гены и клетки. 2016; 11 (3): 94-101.
  14. Inzana J.A., Trombetta R.P., Schwarz E.M. et al. 3D printed bioceramics for dual antibiotic delivery to treat implant-associated bone infection. Eur. Cell. Mater. 2015; 4 (30): 232-47.
  15. Bose S., Vahabzadeh S., Bandyopadhyay A. Bone Tissue Engineering Using 3D Printing. Materials Today. 2013; 16: 496-504. doi: 10.1016/j.mattod.2013.11.017.
  16. Kim H.W., Knowles J.C., Kim H.E. Porous scaffolds of gelatin-hydroxyapatite nanocomposites obtained by biomimetic approach: characterization and antibiotic drug release. J. Biomed. Mater. Res. B Appl. Biomater. 2005; 74 (2): 686-98. doi: 10.1002/jbm.b.30236.
  17. Costa P.F. Bone Tissue Engineering Drug Delivery. Curr. Mol. Bio Rep. 2015; 1: 87-93. doi: 10.1007/s40610-015- 0016-0.
  18. Melicherc_k P., Jahoda D., Nyc O. et al. Bone grafts as vancomycin carriers in local therapy of resistant infections. Folia Microbiol. (Praha). 2012; 57(5): 459-62.
  19. Hernandez F.J., Hernandez L.I., Kavruk M. et al. NanoKeepers: stimuli responsive nanocapsules for programmed specific targeting and drug delivery. Chem. Commun. (Camb). 2014; 50 (67): 9489-92. doi: 10.1039/ c4cc04248d.
  20. Methods for the determination of susceptibility of bacteria to antimicrobial agents. EUCAST Definitive document. Clin. Microbiol. Infect. 1998; 4: 291-96.
  21. Tack P., Victor J., Gemmel P., Annemans L. 3D-printing techniques in a medical setting: a systematic literature review. Biomed. Eng. Online. 2016; 15 (1): 115. doi: 10.1186/s12938-016-0236-4.
  22. Suzuki O., Imaizumi H., Kamakura S., Katagiri T. Bone regeneration by synthetic octacalcium phosphate and its role in biological mineralization. Curr. Med. Chem. 2008; 15 (3): 305-13.
  23. Polo-Corrales L., Latorre-Esteves M., Ramirez-Vick J.E. Scaffold design for bone regeneration. J. Nanosci. Nanotechnol. 2014; 14 (1): 15-56.
  24. Tozzi G., De Mori A., Oliveira A., Roldo M. Composite Hydrogels for Bone Regeneration. Materials. 2016; 9 (4): 267-91. doi: 10.3390/ma9040267.
  25. Inzana J.A., Olvera D., Fuller S.M. et al. 3D printing of composite calcium phosphate and collagen scaffolds for bone regeneration. Biomaterials. 2014; 35 (13): 4026-34. doi: 10.1016/j.biomaterials.2014.01.064.
  26. Inzana J.A., Schwarz E.M., Kates S.L., Awad H.A. Biomaterials approaches to treating implant-associated osteomyelitis. Biomaterials. 2016; 81: 58-71. doi: 10.1016/j. biomaterials.2015.12.012.
  27. Reizner W., Hunter J.G., O’Malley N.T. et al. A systematic review of animal models for Staphylococcus aureus osteomyelitis. Eur. Cell. Mater. 2014; 27: 196-212.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© ООО "Эко-Вектор", 2017



Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».