Создание биосовместимого антибактериального покрытия для эндопротезов на основе карбоната кальция

Создание биосовместимого антибактериального покрытия для эндопротезов на основе карбоната кальция

Автор: Кирсанов Д.В., Кирсанов В.А., Андриянова Н.В., Пичхидзе С.Я.

Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech

Статья в выпуске: 3 (105) т.28, 2024 года.

Бесплатный доступ

Описывается методика решения одной из основных проблем современного эндопротезирования - вопрос повышения биосовместимости имплантируемого материала с организмом человека с целью предотвращения и устранения перипротезной инфекции. Согласно современным источникам, перипротезная инфекция является самой частой причиной ревизионного эндопротезирования. Возможное развитие послеоперационных осложнений на фоне несовместимости материалов с высоким риском летального исхода усиливает важность усовершенствования предмета обсуждения. Решение проблемы представляется в создании на поверхности имплантата специализированного покрытия. В качестве базовой основы предлагается использовать минеральную соль неорганического происхождения - карбонат кальция. Выбор матрицы обусловлен биохимическими особенностями соединения, основные из которых - высокоразвитая удельная поверхность и биосовместимый с организмом человека состав. В качестве модификаторов, обеспечивающих антибактериальное действие, предлагаются цинк и антибиотик ванкомицин. В результате исследования разработана 3 D -модель эндопротеза локтевого сустава, обеспечивающего его надежную фиксацию в костном стволе. Исследовано напряженно-деформируемое состояние эндопротеза; получены значения запаса прочности отдельных элементов модели, синтезировано биосовместимое покрытие на основе карбоната кальция; произведена его модификация антибактериальными агентами; получены фотографии микрочастиц оболочки, определены их средний размер и индекс полидисперсности; произведен биохимический анализ с использованием микроорганизмов, являющихся наиболее частыми возбудителями инфекционного поражения в послеоперационный период; выявлены зоны угнетения микроорганизмов и на их основе определена наиболее эффективная концентрация действующих веществ. Результаты демонстрируют подтверждение положительного влияния на динамику уровня биосовместимости, тем самым доказывают антибактериальный эффект разработанного покрытия.

Еще

Эндопротезирование, титан, прочность, локтевой сустав, усталость, твердость

Короткий адрес: https://sciup.org/146282981

IDR: 146282981   |   DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2024.3.09

Список литературы Создание биосовместимого антибактериального покрытия для эндопротезов на основе карбоната кальция

  • Структура ревизионного эндопротезирования локтевого сустава / А.Г. Алиев, А.В. Амбросенков, А.А. Бояров, Г.И. Жабин, С.Ю. Федюнина, Р.М. Тихилов, И.И. Шубняков // Гений ортопедии. – 2021. – № 5. – С. 532–539.
  • Амершторфер, Ф.Л. Перипротезная инфекция. Перспективы диагностики, особенности лечения, стратегии профилактики и их экономические издержки / Ф.Л. Амершторфер, Ф. Аубурн, К. Берберих // Библиотека врача травматолога-ортопеда. – 2022. – С. 552.
  • Projections and epidemiology of revision hip and knee arthroplasty in the united states to 2030 / A.M. Schwartz, K.X. Farley, G.N. Guild, T.L. Bradbury // The Journal of Arthroplasty. – 2020. – Vol. 35, no. 6. – P. 79–85.
  • Szymski, D. The Prophylactic Effect of Single vs. Dual Antibiotic-Loaded Bone Cement against Periprosthetic Joint Infection Following Hip Arthroplasty for Femoral Neck Fracture: An Analysis of the German Arthroplasty Registry / D. Szymski, N. Walter, P. Krull //Antibiotics. – 2023. – Vol. 12, № 4. – P. 732–742.
  • Баженов, С.Л. Полимерные композиционные материалы / С.Л. Баженов. – Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект». – 2010. – С. 352.
  • Бахрушина, Е.О. Разработка и изучение антибактериальных покрытий in situ для обработки имплантатов / Е.О. Бахрушина // Разработка и регистрация лекарственных средств. – 2023. – Т. 12, № 3. – С. 49–57.
  • Пилотное исследование потери устойчивости на сжатие решетчатого эндопротеза с помощью рентгеновской томографии / К.Н. Акифьев, Н.В. Харин, Е.О. Стаценко, О.А. Саченков, П.В. Большаков // Российский журнал биомеханики. – 2023. – Т. 27, № 4. – С. 40–49.
  • Molecular and antibiofilm approaches to prosthetic joint infection / A. Trampuz, D.R. Osmon, A.D. Hanssen, J.M. Steckelberg, R. Patel // Clin Orthop Relat Res. – 2003. – No. 414. – P. 69–88.
  • Классификация и алгоритм диагностики и лечения перипротезной инфекции тазобедренного сустава / Т. Винклер, А. Трампуш, Н. Ренц, К. Перка, С.А. Божкова // Травматология и ортопедия России. – 2016. – Т. 22, № 1. – С. 33–45.
  • Дзюба, Г.Г. Современные подходы к выполнению первого этапа ревизионного эндопротезирования тазобедренного сустава при поздних инфекционных осложнениях / Г.Г. Дзюба, Л.Б. Резник // Травматология и ортопедия России. – 2009. – Т. 3, № 53. – С. 127–129.
  • Шагинян, И.А. Молекулярная эпидемиология инфекций, вызываемых метициллинустойчивыми стафилококками / И.А. Шагинян, О.А. Дмитриенко // Журнал микробиологии. – 2003. – № 3. – С. 99–109.
  • Risk factors, diagnosis and management of prosthetic joint infection after total hip arthroplasty / S.S. Ahmed, F. Begum, B. Kayani, F.S. Haddad // Expert review of medical devices. – 2019. – Vol. 16, no. 12. – P. 106–1070.
  • Антибактериальные и физико-химические свойства наночастиц серебра и оксида цинка / Р.И. Довнар, С.М. Смотрин, С.С. Ануфрик, Т.Н. Соколова, С.Н. Анучин, Н.Н. Иоскевич // Журнал ГрГМУ. – 2022. – № 1. – С. 98–107.
  • Крыжановский, В.К. Технические свойства полимерных материалов / В.К. Крыжановский. – М.: Изд-во «Профессия». – 2003. – С. 240.
  • Mangin, M. The uncemented Avenir stem covered with hydroxyapatite in a septic environment in the revision of an infected total hip prosthesis: a report on 40 cases / M. Mangin, Z. Aouzal, G. Leclerc // The preprint server for health sciences. – 2022. – P.1–8.
  • Диагностика глубокой перипротезной инфекции тазобедренного сустава / В.Ю. Мурылев, А.И. Руднев, Г.А. Куковенко, П.М. Елизаров, А.В. Музыченков, С.С. Алексеев // Травматология и ортопедия России. – 2022. – № 3. – С. 123–135.
  • Использование имплантата с антибактериальным покрытием в лечении перипротезной инфекции у ВИЧ-позитивного пациента / Н.С. Николаев, Л.И. Малюченко, А.С. Карпухин, В.В. Яковлев, А.Л. Максимов, Е.В. Григорьева, Н.И. Рожков // Инновационная медицина Кубани. – 2022. – Т. 2, № 26. – С. 59–66.
  • Пичхадзе, И.М. Лечение больных с гнойно-воспалительными осложнениями после эндопротезирования тазобедренного сустава / И.М. Пичхадзе // Вестн. травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. – 2009. – № 3. – С.45–50.
  • Прохоренко, В.М. Сопутствующие заболевания у пациентов с ревизионным эндопротезированием тазобедренного сустава / В.М. Прохоренко, М.Ж. Азизов, Х.Х. Шакиров // Acta Biomedica Scientifica. – 2017. – Т. 2, № 5. – Ч. 1. – С. 136–140.
  • Численное моделирование полного протеза коленного сустава с силиконовой прослойкой / А. Мааче, М. Амаджи, Х. Амеддах, Х. Мазуз // Российский журнал биомеханики. – 2024. – Т. 28, № 1. – С. 77–87.
  • Решедько, Г.К. Резистентность к антибиотикам грамотрицательных возбудителей нозокомиальных инфекций в ОРИТ многопрофильных стационарах России / Г.К. Решедько // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2008. – Т. 10, № 2. – С. 163–179.
  • Walter, N. Antibiotic prophylaxis and empirical antibiotic therapy in primary arthroplasty and periprosthetic joint infections: current practice and need for therapy optimization / N. Walter, M. Rupp, V. Alt // Z. Orthop. Unfall. – 2023. – Vol. 16, no. 6. – P. 654–659.
  • Wouthuyzen-Bakker, M. Rifampicin in periprosthetic joint infections: where do we stand and where are we headed? / M. Wouthuyzen-Bakker, H. Scheper // Expert Review of Anti-infective Therapy. – 2023. – Vol. 21, no. 7. – P. 1–7.
  • Страчунский, Ю.А. Внебольничные MRSA – новая проблема антибиотикорезистентности / Ю.А. Страчунский, Л.С. Белькова, А.В. Дехнич // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. – 2005. – Т. 7, № 1. – С. 32–46.
  • Цискарашвили, А.В. Анализ шестилетнего мониторинга основных возбудителей перипротезной инфекции крупных суставов и их тенденция к резистентности / А.В. Цискарашвили, Р.Э. Меликова, Е.А. Новожилова // Гений ортопедии. – 2022. – № 2. – С. 179–188.
  • Gram-negative prosthetic joint infections: risk factors and outcome of treatment / P.N. Hsieh, M.S. Lee, K.Y. Hsu, Y.H. Chang // Clinical Infectious Diseases. –2009. – Vol. 49, no. 7. – P. 1036–1043.
  • Зубрицкий, В.Ф. Инфекционные осложнения в эндопротезировании крупных суставов / В.Ф. Зубрицкий, Ю.А. Козлов // Вестник Национального медико-хирургического центра им. Н.И. Пирогова. – 2012. – Т. 7, №1. – С. 98–103.
  • Тотальное эндопротезирование локтевого сустава при травмах / В.А. Калантырская, И.О. Голубев, А.Ю. Заров, К.А. Егиазарян // Гений ортопедии. – 2022. – № 1. – С. 24–33.
  • Huang, C.T. Effects of ultrasonic treatment on the efficacy of gentamicin against established Pseudomonas aeruginosa biofilms / C.T. Huang // Colloids Surfaces В Biointerfaces. – 1996. – Vol. 6. – P. 235–242.
  • Ji, B. Effective single-stage revision using intra-articular antibiotic infusion after multiple failed surgery for periprosthetic joint infection: a mean seven years' follow-up / B. Ji // The Bone & Joint Journal. – 2022. – Vol. 104, no. 7. – P. 867–874.
  • Love, C. Radionuclide imaging of infection / C. Love, C.J. Palestro // Journal of nuclear medicine technology. – 2004. – Vol. 32, no. 2. – Р. 47–57.
  • Жиляков, А.А. Образование бактериальных биопленок на поверхности титана и титана с углеродным алмазоподобным покрытием / А.А. Жиляков, Ю.В. Григорьева, Т.Г. Смирнова // Актуальные вопросы современной медицинской науки и здравоохранения: материалы VII Международной научно-практической конференции молодых учёных и студентов. – 2022. – С. 1767–1772.
  • Outcome of acute prosthetic joint infections due to gramnegative bacilli treated with open debridement and retention of the prosthesis / J.C. Martines Pastor, M.E. Munos, F. Vilchez, R.S. Garcia // Antimicrob Agents Chemother. – 2009. – Vol. 53, no. 11 – P. 4772–4777.
  • Mortality During Total Hip Periprosthetic Joint Infection / K.M. Natsuhara, T.J. Shelton, J.P. Meehan, Z.C. Lum // The Journal of arthroplasty. – 2019. – Vol. 34, no. 7. – P. 337–342.
  • Parkins, M.D. Pseudomonas aeruginosa Gac A, a factor in multihost virulence, is also essential for biofilm formation / M.D. Parkins, H. Ceri, D.G. Storey // Molecular Microbiology. – 2001. – Vol. 40, no. 5. – P. 1215–1226.
  • Phillips, C.B. Incidence rate of dislocation, pulmonary embolism, and deep infection during the first six month after elective hip replacement / C.B. Phillips, J.A. Barret, E. Losina // The Journal of Bone and Joint Surgery. – 2003. – Vol. 85, no. 1. – P. 20–26.
  • Разумовский, Е.С. Моделирование in vitro нагружения эндопротеза тазобедренного сустава из углерод-углеродных композиционных материалов с поврежденными областями / Е.С. Разумовский, В.Е. Шавшуков // Российский журнал биомеханики. – 2024. – Т. 28, № 2. – С. 22–37.
  • Исследование индивидуального эксплуатационного ресурса эндопротеза тазобедренного сустава / Н.М. Белокрылов, В.Л. Скрябин, А.В. Сотин, Г.В. Миллер, Л.В. Шарова, М.И. Шмурак // Российский журнал биомеханики. – 2022. – Т. 26, № 4. – С. 98–104.
  • Analysis of Total Knee Arthroplasty revision causes / A. Postler , C. Lützner, F. Beyer , E. Tille, J. Lützner // BMC musculoskeletal disorders. – 2018. – Vol. 19, no. 1. – P. 55–61.
  • Проблема перипротезной инфекции на современном этапе, поиск новых антимикробных средств / К.С. Лякишева, А.В. Затеев, А.А. Котлярова, Д.И. Чернопятов, П.Г. Мадонов // Бюллетень медицинской науки. – 2022. – Т. 2, № 26. – С. 102–113.
  • Случай лечения грибковой перипротезной инфекции с применением имплантата с углеродным покрытием / Л.И. Малюченко, Н.С. Николаев, Л.В. Любимова, Е.В. Преображенская, Д.Н. Ефимов // Вестник медицинского института «Реавиз»: реабилитация, врач и здоровье. – 2022. – Т. 12, № 6. – С. 119–126.
  • Миллс, Н. Конструкционные пластики – микроструктура, характеристики, применения / Н. Миллс // Долгопрудный: Издательский дом «Интеллект». – 2011. – С. 512.
  • Principles of systemic antimicrobial therapy in foreign material associated infection in bone tissue, with special focus on periprosthetic infection / E.A. Salvati, A. Gonzales Della Valle, B.A. Masri, C.P. Duncan // Injury, Int. J. Care Injured. – 2006. – No. 37. – P. 87–94.
  • Tentino, J.R. Prosthetic joint infection: bane of orthopedist, challenge for infectious disease specialists / J.R. Tentino // Clinical Infectious Diseases. – 2003. – Vol. 36, no. 9. – P. 1157–1161.
  • Исследование прочности эндопротеза тазобедренного сустава из полимерного материала / Л.Б. Маслов, А.Ю. Дмитрюк, М.А. Жмайло, А.Н. Коваленко // Российский журнал биомеханики. – 2022. – Т. 26, № 4. – С. 19–33.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp