Адгезия Staphylococcus aureus на медицинских имплантатах из титана и полипропилена: сравнительное исследование
- Авторы: Иванов О.А.1,2, Беженарь В.Ф.1, Тец В.В.1, Паластин П.М.1,2, Кардава К.М.1, Панкратов Д.Л.1, Никитина А.П.1
-
Учреждения:
- Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова
- Городская Мариинская больница
- Выпуск: Том 74, № 4 (2025)
- Страницы: 25-34
- Раздел: Оригинальные исследования
- URL: https://journals.rcsi.science/jowd/article/view/338578
- DOI: https://doi.org/10.17816/JOWD646842
- EDN: https://elibrary.ru/DNCIAR
- ID: 338578
Цитировать
Аннотация
Обоснование. Инфекционные осложнения, связанные с использованием медицинских имплантатов, представляют собой серьезную проблему, особенно в случае использования материалов, склонных к колонизации бактериями и образованию биопленок. Staphylococcus aureus является одним из наиболее значимых патогенов, вызывающих имплантат-ассоциированные инфекции. Физико-химические свойства поверхности имплантатов, такие как шероховатость, гидрофобность и химический состав, влияют на адгезию микроорганизмов. В настоящее время недостаточно сравнительных данных об адгезии Staphylococcus aureus на различных материалах, используемых в гинекологической практике, включая полипропилен и титан. Изучение этого процесса необходимо для снижения риска инфекционных осложнений и оптимизации свойств имплантатов.
Цель исследования — провести сравнительный анализ адгезии Staphylococcus aureus на титановых и полипропиленовых имплантатах с оценкой влияния их физико-химических характеристик на процесс бактериального прикрепления.
Методы. В экспериментальном сравнительном исследовании in vitro использовали два типа медицинских сетчатых имплантатов: полипропиленовый (Gynemesh PS, Johnson & Johnson, США) и титановый («Титановый шелк», ООО «Эластичные титановые имплантаты», Россия). Для оценки адгезивных свойств суточную культуру Staphylococcus aureus VT209 инкубировали с образцами имплантатов при температуре 37℃ в течение 1 ч. После промывания имплантатов проводили количественный анализ адгезированных бактерий методом посева на питательную среду. Для изучения микроструктуры и химического состава поверхности применяли сканирующую электронную микроскопию и рентгеноспектральный микроанализ.
Результаты. Количественные показатели адгезии Staphylococcus aureus на титановых и полипропиленовых сетках были сходными (p >0,05), однако по распределению бактерий на поверхности материалы отличались. На полипропиленовых имплантатах бактерии адгезировались равномерно, тогда как на титане наблюдали локальную концентрацию микроорганизмов на краевых участках. Сканирующая электронная микроскопия выявила наличие шероховатостей и микродефектов на краях титановых имплантатов, что, по-видимому, способствует повышенной бактериальной адгезии. Рентгеноспектральный микроанализ показал различия по химическому составу центральной и краевой зон титановых имплантатов: в краевых областях присутствовали дополнительные элементы (углерод, кислород, фтор, железо), вероятно, связанные с механической обработкой и окислительными процессами.
Заключение. Несмотря на сопоставимое количество адгезированных бактерий на титановых и полипропиленовых имплантатах, выявленные различия в распределении микроорганизмов указывают на повышенный риск инфекционных осложнений в зонах механической обработки титана. Необходимо дальнейшее изучение способов модификации поверхности титановых имплантатов для минимизации адгезии бактерий, включая улучшение методов их обработки и применение антимикробных покрытий. Полученные результаты можно использовать для разработки более безопасных медицинских имплантатов и снижения частоты имплантат-ассоциированных инфекций.
Ключевые слова
Полный текст
Открыть статью на сайте журналаОб авторах
Олег Александрович Иванов
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова; Городская Мариинская больница
Автор, ответственный за переписку.
Email: ivanoffmd@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6596-4105
SPIN-код: 8620-9749
MD
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургВиталий Федорович Беженарь
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова
Email: bez-vitaly@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-7807-4929
SPIN-код: 8626-7555
д-р мед. наук, профессор
Россия, Санкт-ПетербургВиктор Вениаминович Тец
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова
Email: vtetzv@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0001-9047-6763
SPIN-код: 4014-5771
д-р мед. наук, профессор
Россия, Санкт-ПетербургПетр Михайлович Паластин
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова; Городская Мариинская больница
Email: palastin.petr@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3502-2499
SPIN-код: 8008-8723
канд. мед. наук
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-ПетербургКристина Малдесовна Кардава
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова
Email: j_espere@yahoo.com
ORCID iD: 0000-0002-3325-9436
SPIN-код: 2471-3143
Россия, Санкт-Петербург
Данил Лятифович Панкратов
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова
Email: danil.pankratov@yahoo.com
ORCID iD: 0009-0009-9391-8200
SPIN-код: 6488-6900
Россия, Санкт-Петербург
Анастасия Павловна Никитина
Первый Санкт-Петербургский медицинский университет им. акад. И.П. Павлова
Email: nikitina.anastasiia@yahoo.com
ORCID iD: 0009-0004-0929-5826
SPIN-код: 8487-1890
Россия, Санкт-Петербург
Список литературы
- Bezhenar VF, Bogatyreva EV, Pavlova NG; Ailamazyan EK, editor. Pelvic organ prolapse in women: etiology, pathogenesis, diagnostic principles. Saint Petersburg: N–L; 2010. 47 p. (In Russ.) EDN: QLSJPP
- Popov AA, Krasnopolskaya IV, Tyurina SS, et al. Sacrospinous fixation in pelvic organ prolapse treatment during the mesh technology era. Russian Bulletin of Obstetrician-Gynecologist. 2013;13(2):36–41. (In Russ.) EDN: OVZHQI
- Maurer MM, Rohrnbauer B, Feola A, et al. Mechanical biocompatibility of prosthetic meshes: a comprehensive protocol for mechanical characterization. J Mech Behav Biomed Mater. 2014;40:42–58. EDN: UXATMF doi: 10.1016/j.jmbbm.2014.08.014
- Feiner B, Jelovsek JE, Maher C. Efficacy and safety of transvaginal mesh kits in the treatment of prolapse of the vaginal apex: a systematic review. BJOG. 2009;116(1):15–24. doi: 10.1111/j.1471-0528.2008.02023.x
- Haylen BT, Freeman RM, Swift SE, et al. An International Urogynecological Association (IUGA)/International Continence Society (ICS) joint terminology and classification of the complications related directly to the insertion of prostheses (meshes, implants, tapes) and grafts in female pelvic floor surgery. Neurourol Urodyn. 2011;30(1):2–12. doi: 10.1002/nau.21036
- Chien H, Kumakura E, Koyama M. Iliosacral bacterial arthritis and rectoperitoneal abscess after tension-free vaginal mesh reconstruction. Int Urogynecol J. 2009;21(6):753–755. doi: 10.1007/s00192-009-0855-4
- Krasnopolskii VI, Popov AA, Abramyan KN, et al. Complications of extraperitoneal colpopexy using mesh prostheses: results of a multicenter study. Russian Bulletin of Obstetrician-Gynecologist. 2010;10(6):53–57. EDN: OJNSYO
- Li K, Yang X, Leng J, et al. Calcium peroxide nanoparticles-embedded coatings on anti-inflammatory TiO2 nanotubes for bacteria elimination and inflammatory environment amelioration. Small. 2021;17(47):2102907. EDN: OCZJLC doi: 10.1002/smll.202102907
- Vincenzo F, Del Gaudio A, Petito V, et al. Gut microbiota, intestinal permeability, and systemic inflammation: a narrative review. Emerg Med. 2024;19(2):275–293. EDN: SRRILJ doi: 10.1007/s11739-023-03374-w
- Schoultz I, Keita ÅV. The intestinal barrier and current techniques for the assessment of gut permeability. Cells. 2020;9(8):1909. EDN: ISCPDC doi: 10.3390/cells9081909
- Calabrese G, Franco D, Petralia S, et al. Dual-functional nano-functionalized titanium scaffolds to inhibit bacterial growth and enhance osteointegration. Nanomaterials. 2021;11(10):2634. EDN: LRHEOT doi: 10.3390/nano11102634
- Verhorstert K, Guler Z, Boer L, et al. In vitro bacterial adhesion and biofilm formation on fully absorbable poly-4-hydroxybutyrate and nonabsorbable polypropylene pelvic floor implants. ACS Appl Mater Interfaces. 2020;12(48):53646–53653. EDN: YSSMLK doi: 10.1021/acsami.0c14668
- Vadakkumpurath S, Venugopal A, Ullattil S. Influence of micro-textures on antibacterial behaviour of titanium-based implant surfaces: in vitro studies. Biosurface and Biotribology. 2019;5(1):20–23. doi: 10.1049/bsbt.2018.0023
- Hu Y, Zhou W, Zhu C, et al. The synergistic effect of nicotine and Staphylococcus aureus on peri-implant infections. Front Bioeng Biotechnol. 2021;9:658380. EDN: DHNPHB doi: 10.3389/fbioe.2021.658380
- Chen J, Zhu Y, Xiong M, et al. Antimicrobial titanium surface via click-immobilization of peptide and its in vitro/vivo activity. ACS Biomater Sci Eng. 2018;5(2):1034–1044. doi: 10.1021/acsbiomaterials.8b01046
- Arciola CR, Campoccia D, Speziale P, et al. Biofilm formation in Staphylococcus implant infections. A review of molecular mechanisms and implications for biofilm-resistant materials. Biomaterials. 2012;33(26):5967–5982. EDN: PHCDQV doi: 10.1016/j.biomaterials.2012.05.031
- Tetz GV, Artemenko NK, Tetz VV. Effect of DNase and antibiotics on biofilm characteristics. Antimicrob Agents Chemother. 2009;53(3):1204–1209. EDN: LLRUFZ doi: 10.1128/AAC.00471-08
- Sysolyatina E, Petryakov A, Abdulkadieva M, et al. Use of non-thermal plasma for decontamination of titanium implants. Journal of Physics: Conference Series. 2022;2270:012045. EDN: QXAJKH doi: 10.1088/1742-6596/2270/1/012045
- Whitehead K, Li H, Kelly P. The antimicrobial properties of titanium nitride/silver nanocomposite coatings. Journal of Adhesion Science and Technology. 2011;25(17):2299–2315. doi: 10.1163/016942411X574970
- Filipović U, Dahmane RG, Ghannouchi S, et al. Bacterial adhesion on orthopedic implants. Adv Colloid Interface Sci. 2020;283:102228. EDN: PFRTRX doi: 10.1016/j.cis.2020.102228
- Li P, Tong Z, Huo L, et al. Antibacterial and biological properties of biofunctionalized nanocomposites on titanium for implant application. J Biomater Appl. 2016;31(2):205–214. doi: 10.1177/0885328216645951
- Yeo IS, Kim HY, Lim KS, et al. Implant surface factors and bacterial adhesion: a review of the literature. Int J Artif Organs. 2012;35(10):762–772. doi: 10.5301/ijao.5000154
- Nakhaei K, Ishijima M, Ikeda T, et al. Ultraviolet light treatment of titanium enhances attachment, adhesion, and retention of human oral epithelial cells via decarbonization. Materials. 2020;14(1):151. EDN: RDAWAZ doi: 10.3390/ma14010151
- Mayorga-Martinez C, Zelenka J, Klíma K, et al. Multimodal-driven magnetic microrobots with enhanced bactericidal activity for biofilm eradication and removal from titanium mesh. Adv Mater. 2023;35(23):2300191. EDN: JYSVAJ doi: 10.1002/adma.202300191
- Tambone E, Bonomi E, Ghensi P, et al. Rhamnolipid coating reduces microbial biofilm formation on titanium implants: an in vitro study. BMC Oral Health. 2021;21(1):49. EDN: EROFOI doi: 10.1186/s12903-021-01412-7
- Schmitz M, Riool M, Boer L, et al. Development of an antimicrobial peptide saap-148-functionalized supramolecular coating on titanium to prevent biomaterial-associated infections. Adv Mater Tech. 2023;8(13):2201846. EDN: ZJWHWS doi: 10.1002/admt.202201846
- Reśliński A, Dąbrowiecki S, Głowacka K. Biofilm formation on biomaterials used in hernia surgery. Med Biol Sci. 2014;28(3):35–44. doi: 10.12775/mbs.2014.023
- Sarfraz S, Mäntynen P, Laurila M, et al. Effect of surface tooling techniques of medical titanium implants on bacterial biofilm formation in vitro. Materials. 2022;15(9):3228. EDN: ONEJMC doi: 10.3390/ma15093228
- Döll K, Fadeeva E, Stumpp N, et al. Reduced bacterial adhesion on titanium surfaces micro-structured by ultra-short pulsed laser ablation. Bionanomaterials. 2016;17(1–2):53–57. doi: 10.1515/bnm-2015-0024
- Tapalskii DV, Nikolaev NS, Ovsyankin AV, et al. Coatings based on two-dimensionally ordered linear chain-like carbon for protecting titanium implants from microbial colonization. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2019;25(2):111–120. EDN: WSDMXP doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-2-111-120
- Gvetadze RSh, Dmitrieva NA, Voronin AN. Features of microorganism adhesion to dental materials used for gingival contour formation in implant-supported prosthetics. Stomatology. 2019;98(5):118–123. EDN: SPABNC doi: 10.17116/stomat201998051118
- Brusnitsyna EV, Ginkel DA, Prikhodkin AS, et al. Efficacy of topical fluoride application: a systematic review. Pediatric Dentistry and Prevention. 2023;23(1):70–82. EDN: LKSFUM doi: 10.33925/1683-3031-2023-598
Дополнительные файлы
