De infectie veroorzaakt door de besmetting van chirurgische instrumenten of de chirurgische omgeving tijdens de operatie is de belangrijkste reden voor de meeste implantaatinfecties 24,25,26,27. Daarom werd in deze studie een C. albicans biofilm-gerelateerd PJI-model van muizen geconstrueerd. Vergeleken met het traditionele PJI-model waarin steriele roestvrijstalen deeltjes gesuspendeerd in zoutoplossing als implantaat werden gebruikt, werd in deze studie een draad van nikkel-titaniumlegering, een veelgebruikt implantaatmateriaal, gebruikt om het contact tussen C. albicans, implantaatmaterialen en het bot te simuleren, wat meer lijkt op de situatie in klinieken.
Het PJI-model dat in dit artikel wordt beschreven, kan de fysiologische omgeving van PJI in klinieken perfect simuleren. Dit model kan alleen worden gebruikt om de infectie tijdens implantatie te bestuderen in plaats van latere bloedoverdraagbare infectie.
C. albicans kan op twee manieren worden ingeënt. De ene inoculeert de C. albicans direct op de implantatieplaats tijdens operatie28, en de andere kweekt de implantaten gedurende een bepaalde periode met C. albicans , zodat rijpe biofilms worden gevormd op het oppervlak van het implantaat vóór chirurgische implantatie29. De eerste methode werd in deze studie gekozen vanwege het nauwkeurige inoculatieaantal pathogenen, wat resulteerde in minimale verschillen tussen groepen en een objectievere evaluatie van volgende behandelingen. Bovendien is de eerste methode meer in overeenstemming met de klinische situatie.
In dit protocol is het inbrengen van het implantaat moeilijk uit te voeren. De operator moet meerdere keren oefenen om ervoor te zorgen dat het implantaat in het gewricht wordt ingebracht in plaats van subcutaan of intramusculair. Bovendien is het inoculatiegetal van C. albicans van vitaal belang voor de herhaalbaarheid van het PJI-model. C. albicans moet grondig worden gemengd via vortex om de nauwkeurigheid van het inoculatiegetal te garanderen. Bovendien moet de C. albicans langs de legeringsdraad worden toegevoegd om de infectieroute in de klinische situatie te simuleren.
Biofilms konden 7 dagen na bacteriële infectie worden gedetecteerd, waarna biofilms geleidelijk toenamen en een plateau bereikten op de14e dag30. Daarom werd het succes van het gevestigde PJI-model op de 14edag geïnspecteerd. De kolonisatie van C. albicans en de vorming van biofilm op het oppervlak van het implantaat werden geïnspecteerd door SEM. De weefsellaesies rond het implantaat veroorzaakt door lokale infectie werden geëvalueerd door middel van pathologische analyse na H&E-kleuring. Studies hebben aangetoond dat periprothetische osteolyse een belangrijk kenmerk is als gevolg van PJI31. Deze indicatoren zijn dus ook van vitaal belang bij het evalueren van therapeutische methoden voor de preventie en behandeling van PJI32.
Microbiële kweek wordt vaak gebruikt voor het detecteren van microbiële infecties in klinieken en laboratoria. Daarom werden in deze studie de microbiële kweek van het implantaat, weefsels rond implantaten, lever en andere vitale organen uitgevoerd. Voor het implantaat werd ultrasoonbehandeling toegepast om de C. albicans te verwijderen die aan het oppervlak van de titanium-nikkellegeringsdraad was gehecht. Vervolgens werden de C. albicans verrijkt door centrifugatie vóór microbiële kweek. Er werd echter een negatief resultaat gevonden, dat niet consistent was met het SEM-resultaat (figuur 2). Het SEM-resultaat toonde aan dat C. albicans zich hechtte aan het oppervlak van titanium-nikkellegeringsdraad. Daarom was het resultaat van microbiële kweek een vals-negatief, wat kan worden toegeschreven aan de nauwe hechting van C. albicans aan titanium-nikkellegeringsdraad; ultrasoon kon de C. albicans niet met succes exfoliëren van het implantaat. Evenzo was de microbiële kweek van de weefsels rond implantaten en vitale organen ook negatief. Er zijn twee mogelijke redenen: (1) Het aantal C. albicans dat in deze studie werd geïnoculeerd was slechts 2000 CFU, wat mogelijk te klein is om het omringende weefsel en het systeem binnen te dringen tijdens de experimentele periode; (2) De gevoeligheid van de methode voor het extraheren en scheiden van ziekteverwekkers uit weefsels is laag. Een eerder gepubliceerd rapport suggereert dat microbiële kweek gemakkelijk vals-negatieve resultaten en vertraagde behandelingen kan latenzien33. Grocott-Gomori-kleuring kan worden gebruikt om de vorming van hyfen in het bot en het gewricht te bepalen32. Het kan ook nuttig zijn om de hoeveelheid inoculum te verhogen, de duur van het experiment te verlengen of de muizen vóórde operatie in een immunosuppressieve toestand te houden. Er moet echter worden opgemerkt dat langdurige infectie kan leiden tot diepe infectie of zelfs systemische infectie. De experimentele periode moet dus worden ontworpen volgens het specifieke doel.
Samenvattend creëerde deze studie een succesvol muismodel van C. albicans biofilm-geassocieerde PJI, die van groot belang kan zijn voor onderzoek naar de preventie en behandeling van C. albicans biofilm-geassocieerde PIJ.