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研究記事

グスティロタイプI/II開放脛骨骨折に対するナノシルバードレッシングおよび真空閉鎖を用いた内外固定の臨床効果

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DOI：

10.3791/69394

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2025年11月18日

 , 
1Department of Orthopedics and Traumatology, Hengshui People's Hospital

この記事について

サマリー

ナノシルバー系抗菌ドレッシング(NSAD)および真空支援閉鎖(VAC)技術を用いた内外固定の組み合わせは、強力な抗菌活性、治癒時間の短縮、高い治癒率、入院期間の短縮、医療費の低減、そしてグスティロタイプIおよびII開放脛骨骨折の治療における患者の痛み軽減を示しています。

要約

グスティロタイプIおよびII開放脛骨骨折(OTF)は、著しい軟部組織損傷と高い感染リスクを伴い、従来の内固定または外固定を用いる治療で治癒が長引くことや術後の合併症を引き起こすことが多いです。本研究は、ナノシルバー抗菌ドレッシング(NSAD)および真空支援閉鎖(VAC)を、閉鎖復位および髄内釘固定(CRINF)と統合し、創傷および骨折の治癒結果を改善する臨床的に検証されたアプローチを紹介します。合計300名のGustiloタイプI/II OTF患者が登録され、3つのグループに無作為に割り当てられました(1グループあたりn=100名):グループ1は従来型創傷ケアでCRINF、グループ2はVACでCRINF、グループ3はNSADおよびVACでCRINFを受けました。臨床アウトカム(感染率、創傷および骨折の治癒時間を含む)、 入院期間、医療費、術後疼痛をカイ二乗検定およびANOVA検定を用いて比較し、有意性はp <0.05と定義されました。グループ3は合併症率が最も低く、回復率も最も良好で、平均創傷治癒期間は41日、骨折治癒時間は7.2ヶ月で、いずれも対照群よりも有意に短かった(p < 0.05)。創傷治癒率はそれぞれ97%と94%で、患者は入院期間が10〜15日と短縮され、総医療費が減少し(~1500元)、痛みの軽減が見られました。これらの発見は、NSADとVACをCRINFと組み合わせることで、Gustilo type IおよびII OTFの管理に効果的かつ安全な臨床プロトコルを提供し、術後の合併症を大幅に減少させ、回復を加速させることを示しています。

概要

開放性脛骨骨折(OTF)は最も頻繁に起こる長骨損傷の一つであり、通常は交通事故や転倒などの高エネルギー外傷が原因です。骨折部位が外部環境と直接連絡を取るため、これらの損傷はしばしば重度の汚染、軟部組織の喪失、感染や非癒合のリスクを伴います。3,4。グスティロ・アンダーソン分類によると、OTFは軟部組織損傷と創傷汚染の程度に基づいて3つのタイプに分けられます:タイプI(組織損傷が最小限で傷口がきれい)、タイプII(中程度の組織損傷と汚染)、およびタイプIII(神経血管の関与を伴う重度の組織喪失)5,6。

従来の管理戦略である外固定法と開放内固定法は臨床的に重要ですが、固有の限界があります。長時間の外固定は関節のこわばりや線維結合を引き起こすことがあり、広範な内部被曝は手術時間を延長し感染リスクを高める可能性があります7.その結果、骨折の安定性を損なうことなく感染制御と創傷治癒を強化する補助技術に注目が移っています。

ナノシルバーベースの抗菌材料は、広範囲の抗菌活性と組織再生能力(8,9,10)により、有望な生物医学ドレッシングとして最近注目されています。本研究で使用されたナノシルバー材料は均一な顕微鏡的構造を示し、持続的な銀イオン放出と安定した抗菌性能を促進します(図1)。銀ナノ粒子は継続的にAg+イオンを放出し、細菌の細胞膜を破壊し、酵素活性を妨げ、線維芽細胞や角化細胞の増殖を促進します11,12。ナノシルバー系材料の提案された抗菌機構は図2に示されています。

同時に、真空支援閉鎖(VAC)療法は局所的な負圧微小環境を作り出し、組織灌流を改善し、肉芽組織の形成を刺激し、創傷の滲出液を除去して細菌負荷を軽減します13,14。VACシステムの主要構成要素と機能原理は図3に示されています。

これまでの研究では、VACまたは銀系ドレッシングのいずれかが開放骨折や感染創傷の治療に個別に効果があることが示されていますが、これらの組み合わせによる大規模な臨床現場での応用はほとんど検証されていません(15,16)。したがって、本研究は、GustiloタイプIおよびII型OTFの管理において、ナノシルバー抗菌ドレッシング(NSAD)およびVACを閉鎖縮小および髄内固定(CRINF)と統合することの臨床的有効性と安全性を調査します。この複合アプローチの治療的利点の概略的な概要は図4に示されています。この戦略が抗菌活性を高め、軟部組織や骨折の治癒を加速し、従来の治療と比較して術後の合併症を減らすと仮説を立てています。

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プロトコル

この臨床プロトコルは恒水人民病院の倫理委員会により承認されました(承認番号2019-2-013)。すべての参加者またはその法定後見人は、参加前に書面によるインフォームドコンセントを提供しました。この研究はヘルシンキ宣言および人間研究倫理に関する機関的ガイドラインに準拠していました。

銀炭素(Ag-C)ナノコンポジットの調製
Ag-Cナノ複合合成のために、3.0gの酒石酸カリウムを正確に計量し、管炉内の50 mL石英坩堝に入れました。試料は400°Cまで15°C/分の速度で加熱され、6時間維持された後、室温(~25°C)まで冷却されました。生成物は250mLのガラスビーカーに移され、磁気攪拌器を400rpmで10分間分散させた80mLの脱イオン水(抵抗率≥18 MΩ·cm)に分散されました。懸濁液は10,000 x g で4°Cで10分間遠心分離し、炭素量子ドット(CQD)を含む茶色い上清液を回収しました。上清液は80°Cで20mLまで濃縮され、攪拌後に60mLのアセトンを加えて1分間渦を混ぜました。9,500 x g で4°Cで20分間遠心分離した後、淡黄色の上澄液がCQDのストック溶液として採取されました。トーレン試薬を調製するために、0.5 M AgNO3 1 mLをアンモニア水1.04 mLおよび3 M NaOHの0.65 mLを混合し、その後17.3 mLの脱イオン水を連続攪拌のもとに加えました。アルミホイルで包んだ三首のフラスコに、CQD溶液25mLと脱イオン水75mLを混ぜ合わせ、500rpmで5分間かき混ぜました。pHは濃縮アンモニア水で約7.0に調整され、その後1mLのトレンス試薬が加えられました。混合物は暗い条件下で20分間120°Cまで加熱されました。室温まで冷却すると、黄色いAg-C溶液を得て4°Cで保存し、使用まで保存しました。

注意:ナオオ(NaOH)とアンモニア水は腐食性で、刺激性の蒸気を放出します。すべての反応は手袋、ゴーグル、白衣を着用して化学煙処理フード内で処理してください。圧力の蓄積を防ぐために、加熱された容器は密閉しないでください。

ナノシルバー抗菌ドレッシング(NSAD)の調製
溶媒混合物を調製するために、脱イオン水15mLと氷河酢酸200μLを100mLのガラスビーカーで混合しました。これに、準備済みのAg-C溶液0.1mL(22 mg/L)、グリセロール0.2 mL、ポロキサーマー60 mgを加え、磁気攪拌で50°Cで完全に溶解しました。その後、0.6gのキトーサン粉末を徐々に混ぜて固まりを防ぎ、均一になるまで30分間連続でかき混ぜました。次に、かき混ぜながら1 M NaHCO3 を2mLずつ滴加え、軽い泡立ちを誘発し、さらに10分間混ぜました。総体積は脱イオン水で20mLに調整され、溶液は超音波で5分間脱ガスされました。均質な溶液は長方形の型(14 cm x 8 cm x 0.5 cm)に注ぎ込み、ラップで密封し、室温(20-25°C)で48〜72時間ゲル化しました。ゲル化後、フィルムは取り除かれ、40°Cの強制空気オーブンで12〜18時間乾燥され、約1mm厚のNSADフィルムが生成されました。ゲーション時には周囲の温度と湿度を記録し、これらはフィルムの均一性や引張強度に影響を与えるためです。目に見えるひび割れや気泡のあるフィルムは捨ててください。

Ag-Cナノコンポジットの特徴評価
希釈したAg-C溶液を炭素被覆銅の透過電子顕微鏡(TEM)グリッドに滴し、赤外線光で10分間乾燥させました。試料はTEMで100 kVで画像化されました。ImageJソフトウェアを用いて、少なくとも200個のランダムに選ばれた粒子を測定して粒子サイズを解析し、データは平均標準差(SD)として表±。

抗菌活性の評価
黄色ブドウ球菌(ATCC 29213)および大腸菌(ATCC 25922)は、トリプトン大豆ブロス(TSB)で37°Cで一晩培養されました。 細菌懸存液は光学密度OD600 = 0.1(~1 x 107 CFU/mL)に調整されました。サンプルは3つのグループに分けられました:脱イオン化水処理対照群、アモキシシリン処理済み陽性対照群(10 μg/mL)、およびAg-Cナノ複合樹脂処理済み試験群(10 μg/mL Ag相当量)です。培養は37°Cで培養され、150rpmで7日間振られました。毎日100μLのサンプルを採取し、連続希釈後TSB寒天にプレートし、24時間培養しました。コロニー形成単位(CFU)を数え、阻害率(%)を[(N0−t)/N0]×100として計算しました。各実験は三重に行われ、結果は平均標準差±報告されました。

注意:すべての細菌培養はバイオセーフティレベルIIのキャビネットで取り扱ってください。廃棄物は121°Cで20分間オートクレーブ処理してください。

NSADの膨張行動
正方形のNSADサンプル(1 cm x 1 cm)を計量し、乾重(W0)を得ました。各サンプルは37°Cの生理用生理食塩水10mLに浸されました。 1時間、6時間、12時間、24時間でサンプルを取り出し、ろ紙でブロットし、重量(Wt)を測定しました。膨張率(%)は[(Wt − W0)/W0] × 100として計算されました。すべての測定は三重に行われ、結果は平均標準差±報告されました。

VACの組み立てと応用とNSADの組み合わせ
準備済みのNSADフィルムは、無菌ハサミで傷口の大きさに合わせて切り取り、直接傷口床に貼り付けました。NSADの下に2本の無菌シリコーン排水管(壁厚1mm、微孔0.4-0.5mm)が挿入されました。傷口全体と周囲2〜3cmの無傷皮膚は透明なポリウレタンフィルムで密閉され、気密性を確保しました。排水管は、-60 kPaから-80 kPaの間で72時間維持される連続負圧源に接続されていました。シールは毎日点検され、集められた滲出物の色と量が記録されました。包帯は3〜5日ごとに交換され、漏れがある場合はそれより早く交換されました。肉芽組織が傷口を完全に覆うとVAC療法は中止されました。傷口を塞ぐ前に完全な止血を確認してください。活発な出血が発生した場合は、一時的に負圧を-40 kPaに下げます。患者の不快感、過度の痛み、機器の故障を監視してください。

廃棄物管理
すべての銀およびアルカリ性残留物は、危険廃棄物処理のためにラベル付き廃棄物容器に収集されました。アルカリ溶液は排出前にpH7まで中和されました。生物廃棄物はオートクレーブ処理で滅菌され、病院のバイオセーフティ規則に従って処分されました。

患者と研究デザイン
2019年11月から2022年11月の間に、衡水人民病院外傷整形科で合計300名のグスティロ型またはII開放性脛骨骨折(OTF)患者が募集されました。患者はあらかじめ定められた包含および除外基準に基づいてスクリーニングされました。選択基準は以下の通りです:(1) 18歳から70歳の年齢;(2) 臨床および放射線評価に基づくグスティーロ骨折の1型またはII骨折の確認;(3) 重大な血管損傷や神経損傷の欠如;および(4) インフォームドコンセントの提供および術後のフォローアップの遵守能力。除外基準には以下が含まれます:(1) グスティロタイプIII骨折;(2) 制御不能な糖尿病、末梢血管疾患、慢性感染症、免疫不全などの重篤な併存疾患;(3) 病理的骨折;および(4)妊娠または凝固障害。ランダム化は、ブロックランダム化(ブロックサイズ=6)を用いたコンピュータ生成シーケンスを用いて行われました。割り当ての隠蔽は、独立した統計学者が作成した封印された不透明な封筒によって確保されました。患者は3つのグループ(n=100)に均等に分けられました。グループ1は従来の創傷ケアで閉鎖内整復および髄内釘固定(CRINF)を受けました。グループ2はCRINFと真空補助閉鎖(VAC)を組み合わせて投与されました。グループ3はナノシルバー抗菌ドレッシング(NSAD)およびVACを用いたCRINFを投与しました。すべての手術は同じ外科チームによって行われ、オペレーターのバイアスを最小限に抑えました。アウトカム評価者は、創傷治癒、感染、痛みスコアを評価する際に治療割り当てを盲検化しました。すべての患者は術後9か月間追跡され、骨折の治癒と機能回復の評価が行われました。

グスティロタイプIおよびII型OTFの治療計画
患者は損傷の重症度や医療状態に応じて全身麻酔、脊椎麻酔、局所麻酔を受けました。予備的なデブリードメント後、傷口は無菌生理食塩水と過酸化水素で徹底的に洗浄されました。消滅組織は切除され、必要に応じて軟部組織の縁は仮に縫合されました。骨折の安定化は、標準的な整形外科手技に従った閉鎖整復および骨髄内釘固定によって達成されました17。グループ3では、無菌のNSADフィルムを傷口の寸法に合わせて切り出し、創傷床に貼り付けました。ドレッシングの下に2つのシリコンドレインが設置されていました。半透膜のポリウレタンフィルムが傷口を塞ぎ、周囲の2〜3cmの無傷の皮膚を覆いました。吸引前に気密性と止血が確認されました。針路(存在する場合)は滅菌ガーゼで覆われました。-60から-80 kPaの連続負圧をかけ、創傷の大きさと深さに応じて調整し、漏れや飽和が発生した場合は3〜5日ごと、またはそれ以前にドレッシングの交換を行いました。グループ1および2では、傷口は無菌のペトロラタムガーゼで覆い、48〜72時間ごとに交換しました。術後ケアには、予防的に3〜5日間の広域スペクトル抗生物質(セファロスポリンまたはフルオロキノロン)、必要に応じてメトロニダゾールによる嫌気性治療18日、抗炎症および鎮痛療法、浮腫のコントロール、循環促進策、栄養サポート(タンパク質補給を含む)が含まれていました。神経血管障害のある患者には、適切な場合に神経栄養性および抗浮腫・解痙性薬が投与されました。検査室でのモニタリング(全血球数、赤血球沈降速度、C反応性タンパク質)は、術後の定期受診時に実施され、感染の監視を行いました。リハビリテーションは3日目から等角収縮と穏やかな関節の可動域から始まり、容忍される範囲で~1週間後に可動域へと進みました。放射線学的フォローアップは約1か月、3か月、6か月、9か月後に行われました。X線で硬骨の橋渡しと脛骨皮質との連続性が認められ、臨床的な痛みが認められると、段階的な体重維持が開始されました。

観測指数
主な評価項目には、創傷治癒時間、骨折治癒時間、創傷治癒率、骨折治癒率が含まれていました。副次的評価項目には、術後合併症の発生率(表面感染、深部感染、癒合遅延、脂肪塞栓症、針路感染、感染性非癒合)、入院期間、総医療費、術後痛みの強さが含まれていました。痛みの強さは、0(痛みなし)から10(想像しうる最悪の痛み)までの数値評価尺度(NRS)を用いて評価されました。創傷治癒は滲出物のない完全な上皮化と定義され、骨折治癒は少なくとも3つの皮質に架け橋を設置することで放射線検査で確認されました。フォローアップ評価は術後1か月、3か月、6か月、9か月に行われ、臨床評価および放射線撮影も含まれます。

統計解析
統計解析はSPSSバージョン20.0を用いて実施されました。連続変数は正規性を検証し、平均±標準偏差(SD)として表されました。3群間の差異は一方向ANOVAを用いて分析し、その後Tukeyの事後検定を用いて複数比較を行いました。正規分布でないデータはKruskal-Wallis検定を用いて解析されました。カテゴリ変数はカウントとパーセンテージで表され、必要に応じてカイ二乗(χ²)検定またはフィッシャーの正確検定を用いて解析されました。主要なパラメータについては95%信頼区間(CI)を算出しました。統計的有意地はp < 0.05に設定されました。すべての解析は、グループ割り当てを盲目にした独立した生物統計学者によって実施されました。

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結果

Ag-Cナノコンポジットの特徴評価
透過電子顕微鏡(TEM)では、市販のナノシルバー粒子(NSP)は不規則な凝集で平均サイズ13.56 ±3.85 nmを示し、合成されたAg-Cナノコンポジットは平均直径14.38 ±4.65 nmと球形の均一さを示しました(図5A-F)。Ag-C粒子はNSPよりも単分散性が優れ、境界が滑らかで、安定性の向上と均一な分布を示唆しています。これらの発見は、生物医学応用に適した安定したナノシルバー・カーボン複合材料の成功した製備を裏付けました。

Ag-Cナノコンポジットの抗菌効果の解析
Ag-Cナノコンポジットの抗菌特性は、脱イオン水と抗生物質(アモキシシリン、10 μg/mL)対照を用いて、黄色ブドウ球菌および大腸菌に対して評価されました。37°Cでの7日間の培養後、Ag-Cナノコンポジットは脱イオン化水群と比...

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ディスカッション

グスティロタイプIおよびII型開放脛骨骨折(OTF)は、交通事故や転倒などの高エネルギー外傷によって引き起こされることが多く、広範な骨や軟部組織の損傷を引き起こします(1,19)。骨折と外部環境とのコミュニケーションが細菌の侵入を促進し、感染率が高く治癒遅延をもたらします20,21。内固定または外固定のみを用いた従来の治療は、感染リスク、長期固定、リハビリテーションの遅延により制限されます22,23。したがって、術後の創傷管理と感染管理の最適化は、OTFの治療結果を改善するために極めて重要です。

ナノシルバーベースのドレッシングは、優れた抗菌特性と創傷治癒力により大き...

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開示事項

著者には利益相反を主張するものはありません。

謝辞

本研究は恒水市の主要研究開発プログラム(プロジェクト名:開放脛骨骨折治療における負圧閉鎖ドレナージ(VAC)と内外固定の有効性に関する臨床研究)によって支援されています。

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材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
AgNO3ソリューションヤロン楽器196305000
アンモニア水西龍ケミカル480905
キトサンアラジン生化学技術428850500
商業用ナノシルバー粒子アラジン生化学技術NA
脱イオン水サーモ・フィッシャー・サイエンティフィック(アメリカ)345470250
外固定器とロッキングプレートジマード医療機器NA
氷河性酢酸溶液東邦化学グループ3月26日
グリセロールアラジン生化学技術036646.K7
H1850デスクトップ遠心分離機湘義実験機器開発203270008
ヒーティングスリーブヤロン楽器A57027
HJ-4A多頭加熱攪拌盤国華電器02774-1
医療用シリコーン排水管B. ブラウン・メディカル社(アメリカ)491288/491310
NaHCO3アラジン生化学技術123360250
NaOH溶液マックリン・バイオケミカル210-5
OTF-1200X 中空管炉啓京技術OTF-1200X-ALD
透水性接着膜3M中隊(アメリカ)537722zd
ポロキサマーアラジン生化学技術104082
酒石酸ナトリウムシノファーム・グループ202860051
トリプトン大豆ブロスサーモフィッシャー・サイエンティフィックCM0129B
ボルテックスミキサーダイナミック・インダストリアル88882010

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