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

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).