זיהומים הקשורים לשתלים נותרו אתגר משמעותי במסגרות קליניות מכיוון שהם עלולים לגרום לשיעורים גבוהים של תחלואה ותמותה בניתוחים אורטופדיים למרות ההתקדמות בטכניקה כירורגית ועיצוב שתלים1. למרות ששכיחות הזיהומים הקשורים לשתלים כירורגיים פחתה משמעותית עקב סטנדרטים מודרניים של בקרה אספטית בסביבת חדר הניתוח ופרוטוקולים מתאימים למניעה אנטיביוטית סביב הניתוח, שכיחות זיהומים הקשורים לשתלים בניתוחים ראשוניים נותרה 2%-5%2.
המנגנון הבסיסי העיקרי של זיהומים הקשורים לשתלים הוא היווצרות ביופילם על משטחי השתל, המגן על מיקרואורגניזמים מפני אנטיביוטיקה ומערכת החיסון, מה שמקשה על מיגור הזיהום 3,4. מכיוון שהיצמדות חיידקים למשטח השתל היא חיונית בשלב הראשון של היווצרות הביופילם, מזעור הידבקות החיידקים והיווצרות הביופילם לאחר מכן היא אסטרטגיה חיונית להפחתת הסיכון לזיהומים הקשורים לשתל. למרות התכונות האנטיבקטריאליות של טכנולוגיות שתלים שונות, אלה לא היו בשימוש קליני נרחב עקב תופעות לוואי, כגון רעילות תאים ואלרגיות 5,6,7,8. לכן, עדיין קיים צורך קליני שלא נענה בשתלים אנטיבקטריאליים המשלבים הרמוניה בין בטיחות, יעילות, יציבות ועמידות כדי להפחית את הסיכון לזיהומים הקשורים לשתלים. מחקר ופיתוח של שתלים בעלי תכונות אנטיבקטריאליות יכולים לקדם טכנולוגיה כירורגית להתגברות על בעיות אלה.
הערכת התכונות האנטיבקטריאליות של ביו-חומרים שונים באמצעות מודלים של בעלי חיים קטנים חיונית לפני שממשיכים למודלים גדולים יותר של בעלי חיים וניסויים קליניים9. מחקרים רבים הראו מודלים עכבריים ישימים של זיהומים הקשורים לשתלים באמצעות חיידק ביולומינסנט המכיל את האופרון luxABCDE 10,11,12,13,14,15. בעוד שמודלים אלה מאיצים את המחקר לפיתוח שתלים או טכנולוגיות אנטיבקטריאליות, יש להם מגבלות מסוימות. ראשית, לעתים קרובות נדרשים מומחיות מתקדמת וציוד מיוחד, כגון צילומי רנטגן או מערכות הדמיה ייעודיות, כדי להעריך את העומס החיידקי על השתלים המונחים במודלים של עכברים באופן ישיר ומדויק. שנית, בעוד שתלים שנאספו בדרך כלל מעריכים שתל בודד באתר זיהום יחיד לכל בעל חיים, תנאי ההדבקה והתגובות החיסוניות עשויים להשתנות בין אנשים, מה שעלול להוביל לשונות בתוצאות של הערכות השוואתיות. לכן, כאשר משווים את ההשפעות האנטיבקטריאליות של ביו-חומרים שונים in vivo, השתלתם וחיסונם בחיידקים בסביבות אחידות מועילה יותר לטיפול בבעיות אלה. בנוסף, חיוני לייעל את המתודולוגיה הנוכחית ולבצע הערכות כמותיות עם יכולת שחזור ודיוק על ידי ניצול המאפיינים של מודל החי והחיידקים המשמשים.
מחקר זה מציג גישה ניסויית חדשה לזיהומים הקשורים לשתלים in vivo המאפשרת מדידות מדויקות להערכת היווצרות הביופילם על פני השטח של שני שתלים בתוך מודל עכבר יחיד באמצעות שיטות אנליטיות השוואתיות בין-אישיות ותוך אינדיבידואליות. ניתן לכמת את הביופילם על כל שתל באמצעות שיטות מותאמות להדמיית הביופילם על השתל, קביעת היחידות היוצרות מושבה (CFU) ותגובת שרשרת פולימראז כמותית (qPCR) של זן ביולומינסנט של סטפילוקוקוס זהוב, Xen 36. המחקר הקודם הראה כי לשתל מתכת חדש יש יעילות אנטיבקטריאלית מבטיחה in vivo נגד סטפילוקוקוס זהוב באמצעות גישה מקיפה זו16. מתודולוגיה זו ניתנת ליישום בקלות במעבדה סטנדרטית ועשויה להאיץ את המחקר לפיתוח ביו-חומרים אנטיבקטריאליים.