Динамика перифокальных реакций на применение антимикробного геля при одноэтапном эндопротезировании тазобедренного сустава в условиях стафилококковой инфекции в эксперименте

Обоснование. Локальная антибактериальная терапия при лечении остеомиелита существенно повышает эффективность санирующих операций.

Цель работы. Оценить в эксперименте in vivo динамику перифокальных тканевых реакций на применение оригинального антимикробного геля на основе поливинилпирролидона (ПВП) при одноэтапном лечении имплантат-ассоциированной инфекции в области тазобедренного сустава у кроликов.

Методы. Имплантат-ассоциированную инфекцию моделировали путём установки инфицированных Staphylococcus aureus спиц в костномозговой канал бедренной кости кроликов (n = 12). На 14-е сутки проводили удаление спицы, радикальную хирургическую обработку гнойного очага и эндопротезирование тазобедренного сустава. Животные были разделены на две группы: опытная – с использованием оригинального антимикробного геля на этапе эндопротезирования (n = 6), группа сравнения – без применения геля (n = 6). Для морфологического исследования животных выводили из эксперимента на 10-е, 45-е и 90-е сутки после эндопротезирования, оценивали изменения в мягких тканях и костномозговом канале, проводили подсчёт клеточных популяций со статистической обработкой данных.

Результаты. Применение оригинального антимикробного геля привело к статистически значимому снижению количества нейтрофилов в окружающих эндопротез мягких тканях в группе сравнения на всех сроках исследования. При этом в опытной группе на ранних сроках количество лимфоцитов, плазмоцитов и макрофагов было статистически значимо выше; на 45-е сутки отмечено статистически значимо большее количество лимфоцитов, а на 90-е сутки – многоядерных и эпителиоидных клеток.

Заключение. В эксперименте гистологически подтверждена эффективность применения оригинального антимикробного геля для купирования инфекционного воспаления в мягких тканях и костномозговом канале при санирующей операции остеомиелитического очага с последующим эндопротезированием тазобедренного сустава. Наличие выраженной гигантоклеточной реакции, направленной на удаление геля на основе ПВП, требует дальнейших исследований в плане её исходов.

1. Almasri D, Dahman Y. Prosthetic joint infections: Biofilm formation, management, and the potential of mesoporous bioactive glass as a new treatment option. Pharmaceutics. 2023; 15: 1401. doi: 10.3390/pharmaceutics15051401

2. Khatoon Z, McTiernan CD, Suuronen EJ, Mah T-F, Alarcon EI. Bacterial biofilm formation on implantable devices and approaches to its treatment and prevention. Heliyon. 2018; 4: e01067. doi: 10.1016/j.heliyon.2018.e01067

3. Божкова С.А., Новокшонова А.А., Конев В.А. Современные возможности локальной антибиотикотерапии перипротезной инфекции и остеомиелита (обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2015; (3): 92-107.

4. Цискарашвили А.В., Меликова Р.Э., Пхакадзе Т.Я., Артюхов А.А., Сокорова Н.В. In vitro исследование антимикробной активности матриц на основе гидрогеля, импрегнированных антибиотиками, в отношении ведущих микроорганизмов ортопедической инфекции. Гений ортопедии. 2022; 28(6): 794-802. doi: 10.18019/1028-4427-2022-28-6-794-802

5. Luo S, Jiang T, Long L, Yang Y, Yang X, Luo L, et al. A dual PMMA/calcium sulfate carrier of vancomycin is more effective than PMMA-vancomycin at inhibiting Staphylococcus aureus growth in vitro. FEBS Open Bio. 2020; 10(4): 552-560. doi: 10.1002/2211-5463.128096

6. Tsesis I, Rosen E, Tamse A, Taschieri S, Del Fabbro M. Effect of guided tissue regeneration on the outcome of surgical endodontic treatment: A systematic review and meta-analysis. J Endod. 2011; 37(8): 1039-1045. doi: 10.1016/j.joen.2011.05.016

7. Uskokovic V. Nanostructured platforms for the sustained and local delivery of antibiotics in the treatment of osteomyelitis. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst. 2015; 32(1): 1-59.

8. Легонькова О.А., Оганнисян А.С., Стаффорд В.В., Ахмедов Б.Г., Божкова С.А., Терехова Р.П. Экспериментальное исследование возможности применения полимерного геля как локального депо антимикробных препаратов. Политравма. 2022; 3: 67-73. doi: 10.24412/18191495-2022-3-67-73

9. Nguyen MK, Lee DS. Injectable biodegradable hydrogels. Macromol Biosci. 2010; 10(6): 563-579. doi: 10.1002/mabi.200900402

10. Pressato D, Battista A, Govoni M, Vivarelli L, Dallari D, Pellegrini A. The intraoperative use of Defensive Antibacterial Coating (DAC®) in the form of a gel to prevent peri-implant infections in orthopaedic surgery: A clinical narrative review. Materials (Basel). 2023; 16(15): 5304. doi: 10.3390/ma16155304

11. Stewart PS, Costerton JW. Antibiotic resistance of bacteria in biofilms. Lancet. 2001; 358(9276): 135-138. doi: 10.1016/s01406736(01)05321-1

12. Adams CS, Antoci V Jr, Harrison G, Patal P, Freeman TA, Shapiro IM, et al. Controlled release of vancomycin from thin solgel films on implant surfaces successfully controls osteomyelitis. J Orthop Res. 2009; 27(6): 701-709. doi: 10.1002/jor.20815

13. Martin VT, Zhang Y, Wang Z, Liu QL, Yu B. A systematic review and meta-analysis comparing intrawound vancomycin powder and povidone iodine lavage in the prevention of periprosthetic joint infection of hip and knee arthroplasties. J Orthop Sci. 2024; 29(1): 165-176. doi: 10.1016/j.jos.2022.11.013

14. Jung SW, Oh SH, Lee IS, Byun JH, Lee JH. In situ gelling hydrogel with anti-bacterial activity and bone healing property for treatment of osteomyelitis. Tissue Eng Regen Med. 2019; 16(5): 479-490. doi: 10.1007/s13770-019-00206-x

15. Qu H, Knabe C, Burke M, Radin S, Garino J, Schaer T, et al. Bactericidal micron-thin sol-gel films prevent pin tract and periprosthetic infection. Mil Med. 2014; 179(Suppl 8): 29-33. doi: 10.7205/MILMED-D-13-00494

16. Wiese KG, Heinemann DE, Ostermeier D, Peters JH. Biomaterial properties and biocompatibility in cell culture of a novel self-inflating hydrogel tissue expander. J Biomed Mater Res. 2001; 54(2): 179-188. doi: 10.1002/1097-4636(200102)54:2<179::aidjbm4>3.0.co;2-c

17. Luo Y, Hong Y, Shen L, Wu F, Lin X. Multifunctional role of polyvinylpyrrolidone in pharmaceutical formulations. AAPS Pharm Sci Tech. 2021; 22(1): 34. doi: 10.1208/s12249-020-01909-4

18. Оганнисян А.С., Стаффорд В.В., Легонькова О.А., Ахмедов Б.Г., Божкова С.А. Гистологические исследование ответной реакции организма животных на применение антимикробного геля локального воздействия. Вопросы экспериментальной биологии и медицины. 2021; 24(10): 23-30. doi: 10.29296/25877313-2021-10-03

19. Божкова С.А., Конев В.А., Гордина Е.М., Нетылько Г.И., Анисимова Л.О., Ахмедов Б.Г. и др. Оригинальные полимерные гели как средство предупреждения имплантат-ассоциированного остеомиелита в эксперименте. Сибирское медицинское обозрение. 2023; (3): 34-42. doi: 10.20333/25000136-2023-3-34-42

20. Bonete JM, Tamashiro JR, Paiva FFG, Queiroz-Fernandes GM, Guidelli É, Baffa O, et al. Influence of silver nanoparticles on the tissue reaction of polyacrylic acid-based gel. Acta Cir Bras. 2022; 37(5): e370504. doi: 10.1590/acb370504

21. Olivas AD, Setia N, Weber CR, Xiao SY, Villa E, Chapman CG, et al. Histologic changes caused by injection of a novel submucosal lifting agent for endoscopic resection in GI lesions. Gastrointest Endosc. 2021; 93(2): 470-476. doi: 10.1016/j.gie.2020.06.056