Перифокальные реакции мягких тканей на введение контаминированных имплантатов с композиционным антибактериальным покрытием: экспериментальное исследование

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Актуальность. Защита от микробной колонизации поверхности фиксаторов для металлоостеосинтеза способна сократить количество инфекционных осложнений.

Цель исследования — экспериментально оценить ранние перифокальные тканевые реакции на металлические имплантаты с композиционным антибактериальным покрытием в условиях микробной нагрузки.

Материал и методы. Фрагменты стальных спиц для остеосинтеза диаметром 1 мм с нанесенным четырехкомпонентным антибактериальным покрытием на основе полилактида, полиуретана, ципрофлоксацина и наночастиц серебра контаминировали культурой метициллинорезистентного S. aureus (MRSA) 43431 и имплантировали крысам в толщу четырехглавой мышцы бедра. В качестве контрольных имплантировали контаминированные спицы без покрытия. На 2-е, 4-е и 7-е сут. после имплантации животных выводили из эксперимента. Готовили патогистологические препараты тканей вокруг имплантатов. Выполняли полуколичественную оценку тканевых реакций.

Результаты. Микробная нагрузка перед имплантацией составляла (1,12±0,26)×106 клеток S. aureus для контрольных имплантатов и (0,86±0,31)×106 клеток для имплантатов с антибактериальным покрытием. Тканевые реакции воспалительного характера на 2-е сут. имплантации были одинаково выражены в контрольной и экспериментальной группах. К 4-м сут. отмечено значимое снижение количества иммунных клеток и некротического детрита, а также усиление разрастания соединительной ткани и неоангиогенеза в экспериментальной группе. К 7-м сут. отмечено появление менее выраженной, хорошо васкуляризованной фиброзной капсулы вокруг экспериментальных имплантатов, что указывает на более благоприятное заживление мягких тканей в сравнении с контролем.

Заключение. Слабовыраженные морфологические проявления тканевых реакций в ответ на внедрение контаминированных имплантатов с антибактериальным покрытием могут быть связаны как с прямым противомикробным действием компонентов покрытия, так и с противовоспалительной активностью входящих в его состав наночастиц серебра и ципрофлоксацина.

Об авторах

Олег Петрович Савчук

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

Email: osa78@tut.by
ORCID iD: 0000-0003-4360-7091
Белоруссия, г. Гомель

Дмитрий Викторович Тапальский

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

Автор, ответственный за переписку.
Email: tapalskiy@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-9484-7848

д-р мед. наук

Белоруссия, г. Гомель

Дмитрий Александрович Зиновкин

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

Email: zinovkin2012@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-3808-8832

канд. биол. наук

Белоруссия, г. Гомель

Владимир Ивановия Николаев

УО «Гомельский государственный медицинский университет»

Email: nikolaev.52.52@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9886-7216

канд. мед. наук

Белоруссия, г. Гомель

Максим Анатольевич Ярмоленко

УО «Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины»

Email: simmak79@mail.ru
ORCID iD: 0000-0002-1283-8762

д-р техн. наук

Белоруссия, г. Гомель

Александр Александрович Рогачев

Институт химии новых материалов Национальной академии наук Беларуси

Email: rogachev78@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-4993-0519

д-р техн. наук, член-корр. НАН Беларуси

Белоруссия, г. Минск

Список литературы

  1. Romanò C.L., Bozhkova S.A., Artyukh V., Romanò D., Tsuchiya H., Drago L. Local antibacterial implant protection in orthopedics and trauma: what’s new? Travmatologiya i ortopediya Rossii [Traumatology and Orthopedics of Russia]. 2019;25(4):64-74. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-64-74.
  2. Harris L.G., Richards R.G. Staphylococci and implant surfaces: a review. Injury. 2006;37 Suppl 2:S3-14. doi: 10.1016/j.injury.2006.04.003.
  3. Tande A.J., Patel R. Prosthetic joint infection. Clin Microbiol Rev. 2014;27(2):302-45. doi: 10.1128/CMR.00111-13.
  4. Bohara S., Suthakorn J. Surface coating of orthopedic implant to enhance the osseointegration and reduction of bacterial colonization: a review. Biomater Res. 2022;26(1):26. doi: 10.1186/s40824-022-00269-3.
  5. Zilberman M., Elsner J.J. Antibiotic-eluting medical devices for various applications. J Control Release. 2008;130(3):202-215. doi: 10.1016/j.jconrel.2008.05.020.
  6. Tobin E.J. Recent coating developments for combination devices in orthopedic and dental applications: A literature review. Adv Drug Deliv Rev. 2017;112:88-100. doi: 10.1016/j.addr.2017.01.007.
  7. Nie B., Huo S., Qu X., Guo J., Liu X., Hong Q. et al. Bone infection site targeting nanoparticle-antibiotics delivery vehicle to enhance treatment efficacy of orthopedic implant related infection. Bioact Mater. 2022;16:134-148. doi: 10.1016/j.bioactmat.2022.02.003.
  8. Chouirfa H., Bouloussa H., Migonney V., Falentin-Daudré C. Review of titanium surface modification techniques and coatings for antibacterial applications. Acta Biomater. 2019;83:37-54. doi: 10.1016/j.actbio.2018.10.036.
  9. Hasan J., Crawford R.J., Ivanova E.P. Antibacterial surfaces: the quest for a new generation of biomaterials. Trends Biotechnol. 2013;31(5):295-304. doi: 10.1016/j.tibtech.2013.01.017.
  10. Тапальский Д.В., Бойцова Н.Ю., Осипов В.А. Рогачев А.А., Ярмоленко М.А., Рогачев А.В. и др. Новое антибактериальное покрытие на основе смеси полиуретана с поли-L-лактидом. Доклады Национальной академии наук Беларуси. 2013;57(4):89-95.
  11. Rogachev A.A., Yarmolenko M.A., Rogachou A.V., Tapalski D.V., Liu X., Gorbachev D.L. Morphology and structure of antibacterial nanocomposite organic–polymer and metal-polymer coatings deposited from active gas phase. RSC Adv. 2013;3(28):11226-11233. doi: 10.1039/C3RA23284K.
  12. Qi C., Rogachev A.V., Tapalski D.V., Yarmolenko M.A., Rogachev A.A., Jiang X. et al. Nanocomposite coatings for implants protection from microbial colonization: Formation features, structure, and properties. Surf Coatings Technol. 2017;315:350-358. doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.02.066.
  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. doi: 10.51523/2708-6011.2013-10-2-24.
  14. Maki D.G., Weise C.E., Sarafin H.W. A semiquantitative culture method for identifying intravenous-catheter-related infection. N Engl J Med. 1977;296(23):1305-1309. doi: 10.1056/NEJM197706092962301.
  15. Velnar T., Bailey T., Smrkolj V. The wound healing process: an overview of the cellular and molecular mechanisms. J Int Med Res. 2009;37(5):1528-1542. doi: 10.1177/147323000903700531.
  16. Takeo M., Lee W., Ito M. Wound healing and skin regeneration. Cold Spring Harb Perspect Med. 2015;5(1):a023267. doi: 10.1101/cshperspect.a023267.
  17. Sharma S., Bano S., Ghosh A.S., Mandal M., Kim H.W., Dey T. et al. Silk fibroin nanoparticles support in vitro sustained antibiotic release and osteogenesis on titanium surface. Nanomedicine. 2016;12(5):1193-1204. doi: 10.1016/j.nano.2015.12.385.
  18. Wilkinson H.N., Hardman M.J. Wound healing: cellular mechanisms and pathological outcomes. Open Biol. 2020;10(9):e200223. doi: 10.1098/rsob.200223.
  19. Sachse F., von Eiff C., Becker K., Rudack C. Anti-inflammatory effects of ciprofloxacin in S. aureus Newman induced nasal inflammation in vitro. J Inflamm. 2008;5(1):e11. doi: 10.1186/1476-9255-5-11.
  20. Pastar I., Wong L.L., Egger A.N., Tomic-Canic M. Descriptive vs mechanistic scientific approach to study wound healing and its inhibition: Is there a value of translational research involving human subjects? Exp Dermatol. 2018;27(5):551-562. doi: 10.1111/exd.13663.
  21. Гордина Е.М., Божкова С.А., Ерузин А.А. Высокоэффективные оксиды серебра: влияние концентрации кислорода на антибактериальную активность в отношении клинических штаммов Staphylococcus aureus. Сибирское медицинское обозрение. 2021;(5): 54-60. doi: 10.20333/25000136-2021-5-54-60.
  22. Necula B.S., Fratila-Apachitei L.E., Zaat S.A., Apachitei I., Duszczyk J. In vitro antibacterial activity of porous TiO2-Ag composite layers against methicillin-resistant Staphylococcus aureus. Acta Biomater. 2009;5(9):3573-3580. doi: 10.1016/j.actbio.2009.05.010.
  23. Hamdan S., Pastar I., Drakulich S., Dikici E., Tomic-Canic M., Deo S. et al. Nanotechnology-Driven Therapeutic Interventions in Wound Healing: Potential Uses and Applications. ACS Cent Sci. 2017;3(3):163-175. doi: 10.1021/acscentsci.6b00371.
  24. Vijayakumar V., Samal S.K., Mohanty S., Nayak S.K. Recent advancements in biopolymer and metal nanoparticle-based materials in diabetic wound healing management. Int J Biol Macromol. 2019;122:137-148. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2018.10.120.
  25. Szmyd R., Goralczyk A.G., Skalniak L., Cierniak A., Lipert B., Filon F.L. et al. Effect of silver nanoparticles on human primary keratinocytes. Biol Chem. 2013;394(1):113-123. doi: 10.1515/hsz-2012-0202.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Патогистологическая картина в месте имплантации на 2-е сут.: a — в контрольной группе; b — в экспериментальной группе. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. ×200

Скачать (131KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Статистическая характеристика сумм баллов в группах на 2-е сут.Примечание: вертикальной жирной пунктирной линией на графике отмечена медиана, обычными пунктирными линиями отмечены 25 и 75-й перцентили. Изгибы наружных линий, формирующих фигуры на графике, демонстрируют распределение случаев в группе

Скачать (13KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Патогистологическая картина в месте имплантации на 4-е сут.:a — в контрольной группе; b — в экспериментальной группе. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. ×200

Скачать (100KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Статистическая характеристика сумм баллов в группах на 4-е сут. Примечание: см. рис. 2

Скачать (13KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Патогистологическая картина в месте имплантации на 7-е сут.:a — в контрольной группе; b — в экспериментальной группе. Окраска гематоксилином и эозином. Ув. ×200

Скачать (107KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Статистическая характеристика сумм баллов в группах на 7-е сут. Примечание: см. рис. 2

Скачать (11KB)
Метаданные

© Эко-Вектор, 2023

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

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».