Unikalny model mysi do ilościowej oceny tworzenia biofilmu na implantach chirurgicznych w ropniu podskórnym

Mitsuhiro Nishizawa; Bahram Saleh; Ralph Marcucio; Kazuhito Morioka

doi:10.3791/68067

Artykuł metodologiczny

Unikalny model mysi do ilościowej oceny tworzenia biofilmu na implantach chirurgicznych w ropniu podskórnym

951 wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/68067

⸱

6 czerwca 2025

Mitsuhiro Nishizawa¹ , Bahram Saleh² , Ralph Marcucio^*¹ , Kazuhito Morioka^*¹^,³

¹Department of Orthopaedic Surgery, Orthopaedic Trauma Institute (OTI), University of California, San Francisco (UCSF), ²Rosies Base, LLC, ³Department of Neurological Surgery, Weill Institute for Neurosciences, Brain and Spinal Injury Center (BASIC), University of California, San Francisco (UCSF)

^* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Protokół ten opisuje unikalny eksperymentalny model zakażeń związanych z implantami, który umożliwia jednoczesną inkubację dwóch implantów z bakteriami w identycznych warunkach u jednej myszy. Umożliwia również precyzyjną ocenę tworzenia się biofilmu na powierzchniach implantów przy użyciu zoptymalizowanych porównawczych metod analitycznych, demonstrując zaawansowane techniki oceny właściwości przeciwdrobnoustrojowych biomateriałów.

Streszczenie

Aby opracować nowy biomateriał o właściwościach przeciwbakteryjnych do ortopedycznych zabiegów chirurgicznych, kluczowe znaczenie ma stworzenie eksperymentalnego modelu zwierzęcego zakażeń związanych z implantami, który ściśle naśladuje stan patologiczny. Dodatkowo wymagane jest porównanie ilościowe z próbkami kontrolnymi w celu oceny tworzenia się biofilmu na materiałach. Jednak obecne modele zwierzęce, które polegają na wszczepieniu każdemu osobnikowi jednego materiału, mogą dawać niespójne wyniki ze względu na niejednorodność statusu infekcji wśród badanych. Co więcej, dokładne ilościowe określenie powstawania biofilmu w materiałach in vivo pozostaje wyzwaniem, a wyniki mogą być niewiarygodne. Aby rozwiązać te problemy, w badaniu tym zademonstrowano unikalny mysi model infekcji związanej z implantem, który umożliwia jednoczesną inkubację dwóch implantów z bakteriami w zamkniętym środowisku w obrębie jednej myszy, tworząc zamknięty ropień podskórny. Dojrzała torebka powietrzna została początkowo utworzona pod skórą pleców. Dwa druty ze stali nierdzewnej zostały połączone i umieszczone w torebce, a następnie zaszczepiono Xen 36, bioluminescencyjny szczep Staphylococcus aureus. Po 14 dniach od inokulacji wokół drutów utworzył się ropień podskórny. Biofilm został całkowicie usunięty z powierzchni każdego drutu, a rozpuszczone zawiesiny bakteryjne zostały dokładnie zmierzone przy użyciu zoptymalizowanych metod w celu oceny tworzenia biofilmu na implancie, określenia jednostek tworzących kolonie i przeprowadzenia ilościowej analizy reakcji łańcuchowej polimerazy. Wykorzystując operon luksa bakterii bioluminescencyjnych, wykorzystano względne poziomy ekspresji luxA i 16S rRNA do określenia obciążenia bakteryjnego w biofilmie na każdym drucie. To zoptymalizowane porównawcze podejście analityczne umożliwia precyzyjną ocenę tworzenia się biofilmu na dwóch przewodach w jednolitych warunkach infekcji w ramach jednego modelu mysiego i może ułatwić rozwój biomateriałów o właściwościach przeciwbakteryjnych.

Wprowadzenie

Zakażenia związane z implantami pozostają poważnym wyzwaniem w warunkach klinicznych, ponieważ mogą powodować wysokie wskaźniki zachorowalności i śmiertelności w chirurgii ortopedycznej pomimo postępów w technice chirurgicznej i projektowaniu implantów¹. Chociaż częstość występowania zakażeń związanych z implantami chirurgicznymi znacznie się zmniejszyła dzięki nowoczesnym standardom aseptycznej kontroli w środowisku sali operacyjnej i odpowiednim protokołom okołooperacyjnej profilaktyki antybiotykowej, częstość występowania zakażeń związanych z implantami w chirurgii pierwotnej utrzymuje się na poziomie 2%-5%².