Инфекции, связанные с имплантатами, остаются серьезной проблемой в клинических условиях, поскольку они могут вызывать высокие показатели заболеваемости и смертности в ортопедической хирургии, несмотря на достижения в области хирургической техникии дизайна имплантатов. Несмотря на то, что частота инфекций, связанных с хирургическими имплантатами, значительно снизилась благодаря современным стандартам асептического контроля в условиях операционной и соответствующим протоколам периоперационной антибиотикопрофилактики, частота инфекций, связанных с имплантатами, в первичной хирургии остается на уровне 2-5%2.
Основным механизмом инфекций, связанных с имплантатами, является образование биопленки на поверхности имплантата, которая защищает микроорганизмы от антибиотиков и иммунную систему, что затрудняет искоренение инфекции 3,4. Поскольку адгезия бактерий к поверхности имплантата имеет решающее значение на первой стадии формирования биопленки, сведение к минимуму бактериальной адгезии и последующего образования биопленки является важной стратегией для снижения риска инфекций, связанных с имплантатами. Несмотря на антибактериальные свойства различных технологий имплантатов, они не получили широкого клинического применения из-за побочных эффектов, таких как токсичность клеток и аллергия 5,6,7,8. Таким образом, все еще существует неудовлетворенная клиническая потребность в антибактериальных имплантатах, которые гармонизируют безопасность, эффективность, стабильность и долговечность для снижения риска инфекций, связанных с имплантатами. Исследования и разработка имплантатов с антибактериальными свойствами могут продвинуть хирургические технологии для преодоления этих проблем.
Оценка антибактериальных свойств различных биоматериалов с использованием моделей мелких животных имеет важное значение до перехода к более крупным животным моделям и клиническим испытаниям9. Многочисленные исследования показали применимость мышиных моделей инфекций, связанных с имплантатами, с использованием биолюминесцентной бактерии, которая содержит оперон luxABCDE 10,11,12,13,14,15. Хотя эти модели ускоряют исследования в области разработки антибактериальных имплантатов или технологий, они имеют определенные ограничения. Во-первых, для непосредственной и точной оценки бактериальной нагрузки на имплантаты, размещенные в моделях мышей, часто требуются передовые знания и специализированное оборудование, такое как рентгеновские аппараты или специализированные системы визуализации. Во-вторых, в то время как собранные имплантаты обычно оценивают одиночный имплантат в одном месте инфекции у каждого животного, условия инфекции и иммунологические реакции могут варьироваться у разных особей, что потенциально может привести к вариабельности результатов сравнительных оценок. Поэтому при сравнении антибактериальных эффектов различных биоматериалов in vivo имплантация и инокуляция их бактериями в единых условиях более выгодна для решения этих вопросов. Кроме того, важно оптимизировать текущую методологию и проводить количественные оценки с воспроизводимостью и точностью, используя характеристики животной модели и используемых бактерий.
В этом исследовании представлен новый экспериментальный подход к инфекциям, связанным с имплантатами in vivo , который позволяет проводить точные измерения для оценки образования биопленки на поверхностях двух имплантатов в одной мышиной модели с помощью сравнительных меж- и внутрииндивидуальных аналитических методов. Биопленка на каждом имплантате может быть количественно определена с помощью оптимизированных методов визуализации биопленки на имплантате, определения колониеобразующих единиц (КОЕ) и количественного анализа полимеразной цепной реакции (qPCR) биолюминесцентного штамма Staphylococcus aureus, Xen 36. Предыдущее исследование показало, что имплантат из нового металла обладает многообещающей антибактериальной эффективностью in vivo против золотистого стафилококка при использовании этого комплексного подхода16. Эта методология может быть легко реализована в стандартных лабораторных условиях и может ускорить исследования по разработке антибактериальных биоматериалов.