Die Infektion, die durch die Kontamination von chirurgischen Instrumenten oder der chirurgischen Umgebung während der Operation verursacht wird, ist die Hauptursache für die meisten Implantatinfektionen 24,25,26,27. Daher wurde in dieser Arbeit ein Maus-C. albicans-Biofilm-bezogenes PJI-Modell konstruiert. Im Vergleich zum traditionellen PJI-Modell, bei dem sterile, in Kochsalzlösung suspendierte Edelstahlpartikel als Implantat verwendet wurden, wurde in dieser Studie ein Draht aus einer Nickel-Titan-Legierung, ein häufig verwendetes Implantatmaterial, verwendet, um den Kontakt zwischen C. albicans, Implantatmaterialien und dem Knochen zu simulieren, was der Situation in Kliniken ähnlicher ist.
Das in diesem Artikel beschriebene PJI-Modell kann die physiologische Umgebung von PJI in Kliniken perfekt simulieren. Dieses Modell kann nur verwendet werden, um die Infektion während der Implantation zu untersuchen, anstatt eine spätere durch Blut übertragene Infektion.
C. albicans kann auf zwei Arten geimpft werden. Die eine besteht darin, die C. albicans während der Operation28 direkt an der Implantationsstelle zu inokulieren, und die andere ist die Kultivierung der Implantate mit C. albicans für einen bestimmten Zeitraum, so dass reife Biofilme auf der Oberfläche des Implantats vor der chirurgischen Implantation29 gebildet werden. Die erste Methode wurde in dieser Studie aufgrund ihrer genauen Inokulationszahl der Erreger gewählt, was zu minimalen Unterschieden zwischen den Gruppen und einer objektiveren Bewertung der nachfolgenden Behandlungen führte. Darüber hinaus entspricht die erste Methode besser der klinischen Situation.
In diesem Protokoll ist das Einsetzen des Implantats schwierig durchzuführen. Der Operateur muss mehrmals üben, um sicherzustellen, dass das Implantat in das Gelenk eingesetzt wird und nicht subkutan oder intramuskulär. Außerdem ist die Impfzahl von C. albicans entscheidend für die Wiederholbarkeit des PJI-Modells. C. albicans sollte gründlich über Vortex gemischt werden, um die Genauigkeit der Impfzahl zu gewährleisten. Darüber hinaus sollten die C. albicans entlang des Legierungsdrahtes zugegeben werden, um den Infektionsweg in der klinischen Situation zu simulieren.
Biofilme konnten 7 Tage nach der bakteriellen Infektion nachgewiesen werden, danach nahmen die Biofilme allmählich zu und erreichten am 14. Tag30 ein Plateau. Daher wurde am 14. Tag der Erfolg des etablierten PJI-Modells überprüft. Die Besiedlung mit C. albicans und die Bildung von Biofilm auf der Oberfläche des Implantats wurden mittels REM untersucht. Die durch eine lokale Infektion verursachten Gewebeläsionen um das Implantat herum wurden nach der H&E-Färbung durch pathologische Analyse bewertet. Studien haben gezeigt, dass die periprothetische Osteolyse aufgrund von PJI31 ein wichtiges Merkmal ist. Daher sind diese Indikatoren auch für die Bewertung therapeutischer Methoden zur Vorbeugung und Behandlung von PJI32 von entscheidender Bedeutung.
Die mikrobielle Kultur wird häufig zum Nachweis mikrobieller Infektionen in Kliniken und Labors verwendet. Daher wurden in dieser Studie die mikrobielle Kultur des Implantats, das Gewebe um die Implantate, die Leber und andere lebenswichtige Organe durchgeführt. Für das Implantat wurde Ultraschall angewendet, um die an der Oberfläche des Drahtes aus Titan-Nickel-Legierung haftenden C. albicans zu entfernen. Als nächstes wurden die C. albicans vor der mikrobiellen Kultur durch Zentrifugation angereichert. Es wurde jedoch ein negatives Ergebnis gefunden, das nicht mit dem REM-Ergebnis übereinstimmte (Abbildung 2). Das REM-Ergebnis zeigte, dass C. albicans an der Oberfläche von Draht aus Titan-Nickel-Legierungen hafteten. Daher war das Ergebnis der mikrobiellen Kultur ein falsch negatives Ergebnis, was auf die enge Haftung von C. albicans an Draht aus Titan-Nickel-Legierungen zurückzuführen ist. Der Ultraschall konnte die C. albicans nicht erfolgreich aus dem Implantat entfernen. In ähnlicher Weise war auch die mikrobielle Kultur des Gewebes um Implantate und lebenswichtige Organe negativ. Es gibt zwei mögliche Gründe: (1) Die Anzahl der in dieser Studie geimpften C. albicans betrug nur 2000 KBE, was möglicherweise zu gering ist, um während des Versuchszeitraums in das umgebende Gewebe und das System einzudringen; (2) Die Sensitivität des Verfahrens zur Extraktion und Abtrennung von Krankheitserregern aus Geweben ist gering. Ein zuvor veröffentlichter Bericht deutet darauf hin, dass mikrobielle Kulturen leicht falsch negative Ergebnisse und verzögerte Behandlungen zeigen könnten33. Die Grocott-Gomori-Färbung kann verwendet werden, um die Bildung von Hyphen im Knochen und Gelenk zu bestimmen32. Es kann auch hilfreich sein, die Inokulummenge zu erhöhen, die Versuchsdauer zu verlängern oder die Mäuse vor der Operation in einem immunsupprimierten Zustand zu halten32. Es ist jedoch zu beachten, dass eine langfristige Infektion zu einer tiefen Infektion oder sogar zu einer systemischen Infektion führen kann. Daher sollte der Versuchszeitraum entsprechend dem spezifischen Zweck gestaltet werden.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass in dieser Studie ein erfolgreiches Mausmodell für C. albicans-Biofilm-assoziierte PJI erstellt wurde, das für die Erforschung der Prävention und Behandlung von C. albicans-Biofilm-assoziierten PIJ von großer Bedeutung sein könnte.