Модели создания гнойно-септического воспаления большеберцовой кости у крысы для оценки действия биорезорбируемых материалов с антимикробными препаратами

Автор: Смоленцев Дмитрий Владимирович, Лукина Юлия Сергеевна, Бионышев-Абрамов Леонид Львович, Сережникова Наталья Борисовна, Васильев Максим Геннадьевич, Сенягин Александр Николаевич, Пхакадзе Тамара Яковлевна

Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii

Рубрика: Оригинальные статьи

Статья в выпуске: 2 т.29, 2023 года.

Бесплатный доступ

Введение. Приведен краткий обзор моделей создания гнойно-септического воспаления у крыс, в том числе с помощью активного бактериального агента и методы диагностики воспаления. Цель. Демонстрация результатов разработки эффективной экспериментальной модели создания гнойно-септического воспаления большеберцовой кости крысы с использованием малоинвазивных методов диагностики заражения in vivo. Материалы и методы. На четырех группах мелких лабораторных животных исследованы различные модели создания гнойно-септического воспаления при применении инокуляции золотистого стафилококка. Отработаны не разрушаемые объект методы оценки гнойно-септического воспаления: микробиологическая, томографическая, морфологическая. Результаты. Результаты исследования свидетельствуют о возможности создания экспериментального гнойно-септического воспаления у крыс к 14-60 суткам с помощью инокуляции S. aureus, которое представляет собой тяжелую, быстро прогрессирующую гнойную инфекцию, приводящую к обширному разрушению кости с образованием секвестров. Обсуждение. Для гарантированного формирования гнойно-воспалительного процесса костной ткани в более короткие сроки наблюдения необходима контролируемая в количественном отношении инвазия активного бактериального агента. Склерозирующий агент и формирование свищевого хода не являются обязательными при создании воспаления. Заключение. Продемонстрированы результаты разработки экспериментальных моделей создания гнойно-септического воспаления с применением малоинвазивных методов диагностики in vivo, что позволит получить адекватную оценку степени инфицирования перед лечением.

Еще

Остеомиелит, гнойно-септическое воспаление, бактериальная инвазия, золотистый стафилококк, склерозирующий агент, инокуляция, кое

Короткий адрес: https://sciup.org/142238190

IDR: 142238190   |   DOI: 10.18019/1028-4427-2023-29-2-190-203

Список литературы Модели создания гнойно-септического воспаления большеберцовой кости у крысы для оценки действия биорезорбируемых материалов с антимикробными препаратами

  • Lew DP, Waldvogel FA. Osteomyelitis. Lancet. 2004;364(9431):369-79. doi: 10.1016/S0140-6736(04)16727-5
  • Inzana JA, Schwarz EM, Kates SL, Awad HA. Biomaterials approaches to treating implant-associated osteomyelitis. Biomaterials. 2016;81:58-71. doi: 10.1016/j.biomaterials.2015.12.012
  • Rao N, Lipsky BA. Optimising antimicrobial therapy in diabetic foot infections. Drugs. 2007;67(2):195-214. doi: 10.2165/00003495-20076702000003
  • Cram P, Lu X, Kates SL, Singh JA, Li Y, Wolf BR. Total knee arthroplasty volume, utilization, and outcomes among Medicare beneficiaries, 19912010. JAMA. 2012;308(12):1227-36. doi: 10.1001/2012.jama
  • Rosas S, Ong AC, Buller LT, Sabeh KG, Law TY, Roche MW, Hernandez VH. Season of the year influences infection rates following total hip arthroplasty. World J Orthop. 2017;8(12):895-901. doi: 10.5312/wjo.v8.i12.895
  • Geurts JAP, van Vugt TAG, Arts JJC. Use of contemporary biomaterials in chronic osteomyelitis treatment: Clinical lessons learned and literature review. J Orthop Res. 2021;39(2):258-264. doi: 10.1002/jor.24896
  • Schwarz EM, Parvizi J, Gehrke T, Aiyer A, Battenberg A, Brown SA, Callaghan JJ, Citak M, Egol K, Garrigues GE, Ghert M, Goswami K, Green A, Hammound S, Kates SL, McLaren AC, Mont MA, Namdari S, Obremskey WT, O'Toole R, Raikin S, Restrepo C, Ricciardi B, Saeed K, Sanchez-Sotelo J, Shohat N, Tan T, Thirukumaran CP, Winters B. 2018 International Consensus Meeting on Musculoskeletal Infection: Research Priorities from the General Assembly Questions. J Orthop Res. 2019;37(5):997-1006. doi: 10.1002/jor.24293
  • Sheehy SH, Atkins BA, Bejon P, Byren I, Wyllie D, Athanasou NA, Berendt AR, McNally MA. The microbiology of chronic osteomyelitis: prevalence of resistance to common empirical anti-microbial regimens. J Infect. 2010;60(5):338-43. doi: 10.1016/j.jinf.2010.03.006
  • Trampuz A, Zimmerli W. Diagnosis and treatment of infections associated with fracture-fixation devices. Injury. 2006;37 Suppl 2:S59-66. doi: 10.1016/j.injury.2006.04.010
  • Murray CK, Hsu JR, Solomkin JS, Keeling JJ, Andersen RC, Ficke JR, Calhoun JH. Prevention and management of infections associated with combat-related extremity injuries. J Trauma. 2008;64(3 Suppl):S239-51. doi: 10.1097/TA.0b013e318163cd14
  • Reizner W, Hunter JG, O'Malley NT, Southgate RD, Schwarz EM, Kates SL. A systematic review of animal models for Staphylococcus aureus osteomyelitis. Eur Cell Mater. 2014 25;27:196-212. doi: 10.22203/ecm.v027a15
  • Histing T, Garcia P, Holstein JH, Klein M, Matthys R, Nuetzi R, Steck R, Laschke MW, Wehner T, Bindl R, Recknagel S, Stuermer EK, Vollmar B, Wildemann B, Lienau J, Willie B, Peters A, Ignatius A, Pohlemann T, Claes L, Menger MD. Small animal bone healing models: standards, tips, and pitfalls results of a consensus meeting. Bone. 2011;49(4):591-9. doi: 10.1016/j.bone.2011.07.007
  • Lindsey BA, Clovis NB, Smith ES, Salihu S, Hubbard DF. An animal model for open femur fracture and osteomyelitis: Part I. J Orthop Res. 2010;28(1):38-42. doi: 10.1002/jor.20960
  • Li B, Jiang B, Dietz MJ, Smith ES, Clovis NB, Rao KM. Evaluation of local MCP-1 and IL-12 nanocoatings for infection prevention in open fractures. J Orthop Res. 2010;28(1):48-54. doi: 10.1002/jor.20939
  • Buxton TB, Travis MT, O'Shea KJ, McPherson JC 3rd, Harvey SB, Plowman KM, Walsh DS. Low-dose infectivity of Staphylococcus aureus (SMH strain) in traumatized rat tibiae provides a model for studying early events in contaminated bone injuries. Comp Med. 2005;55(2):123-128.
  • Antoci V Jr, Adams CS, Hickok NJ, Shapiro IM, Parvizi J. Vancomycin bound to Ti rods reduces periprosthetic infection: preliminary study. Clin Orthop Relat Res. 2007;461:88-95. doi: 10.1097/BLO.0b013e318073c2b2
  • Holt J, Hertzberg B, Weinhold P, Storm W, Schoenfisch M, Dahners L. Decreasing bacterial colonization of external fixation pins through nitric oxide release coatings. J Orthop Trauma. 2011;25(7):432-437. doi: 10.1097/BOT.0b013e3181f9ac8a
  • Hienz SA, Sakamoto H, Flock JI, Mörner AC, Reinholt FP, Heimdahl A, Nord CE. Development and characterization of a new model of hematogenous osteomyelitis in the rat. J Infect Dis. 1995;171(5):1230-1236. doi: 10.1093/infdis/171.5.1230
  • Itokazu M, Yamamoto K, Yang WY, Aoki T, Kato N, Watanabe K. The sustained release of antibiotic from freeze-dried fibrin-antibiotic compound and efficacies in a rat model of osteomyelitis. Infection. 1997;25(6):359-363. doi: 10.1007/BF01740818
  • Mendel V, Simanowski HJ, Scholz HC, Heymann H. Therapy with gentamicin-PMMA beads, gentamicin-collagen sponge, and cefazolin for experimental osteomyelitis due to Staphylococcus aureus in rats. Arch Orthop Trauma Surg. 2005;125(6):363-368. doi: 10.1007/s00402-004-0774-2
  • Cevher E, Orhan Z, Mülazimoglu L, Sensoy D, Alper M, Yildiz A, Ozsoy Y. Characterization of biodegradable chitosan microspheres containing vancomycin and treatment of experimental osteomyelitis caused by methicillin-resistant Staphylococcus aureus with prepared microspheres. Int J Pharm. 2006;317(2):127-135. doi: 10.1016/j.ijpharm.2006.03.014
  • Orhan Z, Cevher E, Mülazimoglu L, Gürcan D, Alper M, Araman A, Ozsoy Y. The preparation of ciprofloxacin hydrochloride-loaded chitosan and pectin microspheres: their evaluation in an animal osteomyelitis model. J Bone Joint Surg Br. 2006;88(2):270-275. doi: 10.1302/0301-620X.88B2.16328
  • Cevher E, Orhan Z, Sensoy D, Ahiskali R, Kan PL, Sagirli O, Mülazimoglu L. Sodium fusidate-poly(D,L-lactide-co-glycolide) microspheres: preparation, characterisation and in vivo evaluation of their effectiveness in the treatment of chronic osteomyelitis. JMicroencapsul. 2007;24(6):577-595. doi: 10.1080/02652040701472584
  • Orhan Z, Cevher E, Yildiz A, Ahiskali R, Sensoy D, Mülazimoglu L. Biodegradable microspherical implants containing teicoplanin for the treatment of methicillin-resistant Staphylococcus aureus osteomyelitis. Arch Orthop Trauma Surg. 2010;130(1):135-142. doi: 10.1007/s00402-009-0886-9
  • Solberg BD, Gutow AP, Baumgaertner MR. Efficacy of gentamycin-impregnated resorbable hydroxyapatite cement in treating osteomyelitis in a rat model. J Orthop Trauma. 1999;13(2):102-106. doi: 10.1097/00005131-199902000-00006
  • Zelken J, Wanich T, Gardner M, Griffith M, Bostrom M. PMMA is superior to hydroxyapatite for colony reduction in induced osteomyelitis. Clin Orthop Relat Res. 2007;462:190-194. doi: 10.1097/BLO.0b013e3180ca9521
  • Norden CW. Experimental osteomyelitis. I. A description of the model. J Infect Dis. 1970;122(5):410-418. doi: 10.1093/infdis/122.5.410
  • Subasi M, Kapukaya A, Kesemenli C, Kaya H, Sari I. Effect of granulocyte-macrophage colony-stimulating factor on treatment of acute osteomyelitis. An experimental investigation in rats. Arch Orthop Trauma Surg. 2001;121(3):170-173. doi: 10.1007/s004020000209
  • Burch S, Bisland SK, Bogaards A, Yee AJ, Whyne CM, Finkelstein JA, Wilson BC. Photodynamic therapy for the treatment of vertebral metastases in a rat model of human breast carcinoma. J Orthop Res. 2005;23(5):995-1003. doi: 10.1016/j.orthres.2004.12.014
  • Ersoz G, Oztuna V, Coskun B, Eskandari MM, Bayarslan C, Kaya A. Addition of fusidic acid impregnated bone cement to systemic teicoplanin therapy in the treatment of rat osteomyelitis. J Chemother. 2004;16(1):51-55. doi: 10.1179/joc.2004.16.1.51
  • Lucke M, Schmidmaier G, Sadoni S, Wildemann B, Schiller R, Stemberger A, Haas NP, Raschke M. A new model of implant-related osteomyelitis in rats. J Biomed Mater Res B Appl Biomater. 2003;67(1):593-602. doi: 10.1002/jbm.b.10051
  • Bisland SK, Chien C, Wilson BC, Burch S. Pre-clinical in vitro and in vivo studies to examine the potential use of photodynamic therapy in the treatment of osteomyelitis. Photochem Photobiol Sci. 2006;5(1):31-38. doi: 10.1039/b507082a
  • García-Alvarez F, Navarro-Zorraquino M, Castro A, Grasa JM, Pastor C, Monzón M, Martínez A, García-Alvarez I, Castillo J, Lozano R. Effect of age on cytokine response in an experimental model of osteomyelitis. Biogerontology. 2009;10(5):649-658. doi: 10.1007/s10522-008-9211-1
  • Darouiche RO. Treatment of infections associated with surgical implants. N Engl J Med. 2004;350(14):1422-1429. doi: 10.1056/NEJMra035415
  • Smeltzer MS, Thomas JR, Hickmon SG, Skinner RA, Nelson CL, Griffith D, Parr TR Jr, Evans RP. Characterization of a rabbit model of staphylococcal osteomyelitis. J Orthop Res. 1997;15(3):414-421. doi: 10.1002/jor.1100150314
  • Norden CW, Myerowitz RL, Keleti E. Experimental osteomyelitis due to Staphylococcus aureus or Pseudomonas aeruginosa: a radiographic-pathological correlative analysis. Br J Exp Pathol. 1980;61(4):451-460.
  • Inzana JA, Trombetta RP, Schwarz EM, Kates SL, Awad HA. 3D printed bioceramics for dual antibiotic delivery to treat implant-associated bone infection. Eur Cell Mater. 2015;30:232-247. doi: 10.22203/ecm.v030a16
  • Koort JK, Mäkinen TJ, Suokas E, Veiranto M, Jalava J, Knuuti J, Törmälä P, Aro HT. Efficacy of ciprofloxacin-releasing bioabsorbable osteoconductive bone defect filler for treatment of experimental osteomyelitis due to Staphylococcus aureus. Antimicrob Agents Chemother. 2005;49(4):1502-1508. doi: 10.1128/AAC.49.4.1502-1508.2005
  • Li D, Gromov K, S0balle K, Puzas JE, O'Keefe RJ, Awad H, Drissi H, Schwarz EM. Quantitative mouse model of implant-associated osteomyelitis and the kinetics of microbial growth, osteolysis, and humoral immunity. J Orthop Res. 2008;26(1):96-105. doi: 10.1002/jor.20452
  • Kadurugamuwa JL, Sin L, Albert E, Yu J, Francis K, DeBoer M, Rubin M, Bellinger-Kawahara C, Parr TR Jr, Contag PR. Direct continuous method for monitoring biofilm infection in a mouse model. Infect Immun. 2003;71(2):882-890. doi: 10.1128/IAI.71.2.882-890.2003
  • Королев С.Б., Митрофанов В.Н., Живцов О.П., Орлинская Н.Ю., Юлина Д.П. Моделирование хронического остеомиелита в эксперименте. Гений ортопедии. 2022;28(2):223-227. doi: 10.18019/1028-4427-2022-28-2-223-227
  • Waeiss RA, Negrini TC, Arthur RA, Bottino MC. Antimicrobial effects of drug-containing electrospun matrices on osteomyelitis-associated pathogens. J Oral Maxillofac Surg. 2014;72(7):1310-1319. doi: 10.1016/j.joms.2014.01.007
  • Rani SA, Pitts B, Beyenal H, Veluchamy RA, Lewandowski Z, Davison WM, Buckingham-Meyer K, Stewart PS. Spatial patterns of DNA replication, protein synthesis, and oxygen concentration within bacterial biofilms reveal diverse physiological states. J Bacteriol. 2007;189(11):4223-4233. doi: 10.1128/JB.00107-07
  • Mihailescu R, Furustrand Tafin U, Corvec S, Oliva A, Betrisey B, Borens O, Trampuz A. High activity of Fosfomycin and Rifampin against methicillin-resistant staphylococcus aureus biofilm in vitro and in an experimental foreign-body infection model. Antimicrob Agents Chemother. 2014;58(5):2547-2553. doi: 10.1128/AAC.02420-12
  • O'Reilly T, Mader JT. Rat model of bacterial osteomyelitis of the tibia. In: Zak O, Sande MA, editors. Handbook of Animal Models of Infection: Experimental Models in Antimicrobial Chemotherapy. San Diego, CA: Academic Press. (1999), p. 561-575. doi: 10.1016/B978-012775390-4/50205-0
Еще
Статья научная