Высвобождение антибиотиков из материалов для замещения постостеомиелитических дефектов кости
Автор: Стогов М.В., Шастов А.Л., Киреева Е.А., Тушина Н.В.
Журнал: Гений ортопедии @geniy-ortopedii
Рубрика: Оригинальные статьи
Статья в выпуске: 6 т.30, 2024 года.
Бесплатный доступ
Введение. Поиск материалов для замещения костных дефектов, который обеспечивал бы пролонгированное высвобождение антибиотиков в терапевтических объемах в течение продолжительного периода, - актуальная задача при лечении пациентов с остеомиелитом.Цель работы - сравнить кинетику высвобождения антибиотиков из материала на основе полимеров полиуретанового ряда для замещения постостеомиелитических дефектов кости.Материалы и методы. Проведен in vitro сравнительный анализ кинетики высвобождения цефотаксима, ванкомицина и меропенема из двух материалов: на основе полимеров полиуретанового ряда (серия РК) и на основе полиметилметакрилата (серия ПММА). В каждой серии антибиотики вносили в исходные материалы в трех пропорциях полимер : антибиотик - 10:1 (группа 1); 10:0,5 (группа 2) и 10:0,25 (группа 3). Образцы инкубировали в 10 мл физиологического раствора при 37 °С. Инкубационный раствор в течение первой недели меняли ежедневно, в последующем - раз в неделю. В каждой группе инкубировали по 6 образцов.Результаты. Показано, что объем элюируемого цефотаксима из материала серии ПММА был выше, чем из материала серии РК при всех концентрациях антибиотика. В свою очередь для ванкомицина и меропенема эта особенность наблюдалась только для образцов группы 1. Для групп 0,5 и 0,25 в серии РК отмечался больший объем высвобождающихся антибиотиков, чем из ПММА. Обнаружено, что в серии РК высвобождение ванкомицина и цефатоксима в эффективной (терапевтической) концентрации было более пролонгировано. В серии РК пролонгированное сохранение эффективных концентраций происходило на фоне меньшего объема высвободившегося антибиотика, чем в серии ПММА.Обсуждение. Каждый материал показал свой профиль элюции антибиотика, и каждый из них может иметь свои показания. Материал на основе РК в части длительности элюции антибиотиков в терапевтических дозах имеет преимущества.Заключение. Длительность высвобождения изученных антибиотиков в эффективных концентрациях из материала на основе полимеров полиуретанового ряда выше, чем из материала на основе ПММА.
Остеомиелит, костные дефекты, костный цемент, антибиотики, кинетика элюции
Короткий адрес: https://sciup.org/142243870
IDR: 142243870 | DOI: 10.18019/1028-4427-2024-30-6-873-880
Список литературы Высвобождение антибиотиков из материалов для замещения постостеомиелитических дефектов кости
- Афанасьев А.В., Божкова С.А., Артюх В.А. и др. Применение синтетических заменителей костной ткани при одноэтапном лечении пациентов с хроническим остеомиелитом. Гений ортопедии. 2021;27(2):232-236. doi: 10.18019/1028-4427-2021-27-2-232-236
- Liu Y, He L, Cheng L, et al. Enhancing Bone Grafting Outcomes: A Comprehensive Review of Antibacterial Artificial Composite Bone Scaffolds. MedSciMonit. 2023;29:e939972. doi: 10.12659/MSM.939972
- Cara A, Ferry T, Laurent F, Josse J. Prophylactic Antibiofilm Activity of Antibiotic-Loaded Bone Cements against Gram-Negative Bacteria. Antibiotics (Basel). 2022;11(2):137. doi: 10.3390/antibiotics11020137
- Liu Y, Li X, Liang A. Current research progress of local drug delivery systems based on biodegradable polymers in treating chronic osteomyelitis. FrontBioengBiotechnol. 2022;10:1042128. doi: 10.3389/fbioe.2022.1042128
- Wassif RK, Elkayal M, Shamma RN, Elkheshen SA. Recent advances in the local antibiotics delivery systems for management of osteomyelitis. DrugDeliv. 2021;28(1):2392-2414. doi: 10.1080/10717544.2021.1998246
- Chen P, Chen B, Liu N, et al. Global research trends of antibiotic-loaded bone cement: A bibliometric and visualized study. Heliyon. 2024;10(17):e36720. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e36720
- Тапальский Д.В., Волотовский П.А., Козлова А.И., Ситник А.А. Антибактериальная активность покрытий на основе импрегнированного антибиотиками костного цемента в отношении микроорганизмов с различными уровнями антибиотикорезистентности. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):105-110. doi: 10.21823/23112905-2018-24-4-105-110
- Wall V, Nguyen TH, Nguyen N, Tran PA. Controlling Antibiotic Release from Polymethylmethacrylate Bone Cement. Biomedicines. 2021;9(1):26. doi: 10.3390/biomedicines9010026
- Chen L, Lin X, Wei M, et al. Hierarchical antibiotic delivery system based on calcium phosphate cement/montmorillonite-gentamicin sulfate with drug release pathways. Colloids Surf B Biointerfaces. 2024;238:113925. doi: 10.1016/j. colsurfb.2024.113925
- Jin Y, Liu H, Chu L, et al. Initial therapeutic evidence of a borosilicate bioactive glass (BSG) and Fe3O4 magnetic nanoparticle scaffold on implant-associated Staphylococcal aureus bone infection. Bioact Mater. 2024;40:148-167. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.05.040
- Wathoni N, Herdiana Y, Suhandi C, et al. Chitosan/Alginate-Based Nanoparticles for Antibacterial Agents Delivery. Int JNanomedicine. 2024;19:5021-5044. doi: 10.2147/IJN.S469572
- Балязин-Парфенов И.В., Балязин В.А., Зайцев В.Д. и др. Отдаленные результаты аллокраниопластики с применением индивидуальных биополимерных остеоинтегрируемых имплантов из материала «Рекост-М». Российский нейрохирургический журнал имени профессора А. Л. Поленова. 2024;16(2):6-15. doi: 10.56618/2071-2693_2024_16_2_6. EDN: OCDTXS
- Колмогоров Ю.Н., Успенский И.В., Маслов А.Н. и др. Костнозамещающие имплантаты из материала «Рекост-М» на основе 3D-моделирования для закрытия посттрепанационных дефектов черепа: доклинические и клинические исследования. Современные технологии в медицине. 2018;10(3):95-103. doi: 10.17691/stm2018.10.3.11
- Madadi AK, Sohn MJ. Pharmacokinetic Interpretation of Applying Local Drug Delivery System for the Treatment of Deep Surgical Site Infection in the Spine. Pharmaceutics. 2024;16(1):94. doi: 10.3390/pharmaceutics16010094
- Kai KC, Borges R, Pedroni ACF, et al. Tricalcium phosphate-loaded injectable hydrogel as a promising osteogenic and bactericidal teicoplanin-delivery system for osteomyelitis treatment: An in vitro and in vivo investigation. Biomater Adv. 2024;164:213966. doi: 10.1016/j.bioadv.2024.213966
- Mabroum H, Elbaza H, Ben Youcef H, et al. Design of antibacterial apatitic composite cement loaded with Ciprofloxacin: Investigations on the physicochemical Properties, release Kinetics, and antibacterial activity. Int J Pharm. 2023;637:122861. doi: 10.1016/j.ijpharm.2023.122861
- Noukrati H, Hamdan Y, Marsan O, et al. Sodium fusidate loaded apatitic calcium phosphates: Adsorption behavior, release kinetics, antibacterial efficacy, and cytotoxicityassessment. Int JPharm. 2024;660:124331. doi: 10.1016/j.ijpharm.2024.124331
- Visan AI, Negut I. Development and Applications of PLGA Hydrogels for Sustained Delivery of Therapeutic Agents. Gels. 2024;10(8):497. doi: 10.3390/gels10080497
- Попков А.В., Кононович Н.А., Попков Д.А. и др. Индукция бактерицидной активности разлагаемыми имплан-татами. Гений ортопедии. 2023;29(6):596-601. doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-6-596-601. EDN: GFHUED
- Lan Z, Guo L, Fletcher A, et al. Antimicrobial hydrogel foam dressing with controlled release of gallium maltolate for infection control in chronic wounds. BioactMater. 2024;42:433-448. doi: 10.1016/j.bioactmat.2024.08.044
- Jarman E, Burgess J, Sharma A, et al. Human-Derived collagen hydrogel as an antibiotic vehicle for topical treatment of bacterial biofilms. PLoS One. 2024;19(5):e0303039. doi: 10.1371/journal.pone.0303039
- Севостьянов М.А., Федотов А.Ю., Насакина Е.О. и др. Кинетика высвобождения антибиотиков из биодеградиру-емых биополимерных мембран на основе хитозана. Доклады Академии наук. 2015:465(2);194-197. doi: 10.7868/ S086956521532016X
- Sheehy EJ, von Diemling C, Ryan E, et al. Antibiotic-eluting scaffolds with responsive dual-release kinetics facilitate bone healing and eliminate S. aureus infection. Biomaterials. 2025;313:122774. doi: 10.1016/j.biomaterials.2024.122774
- Li X, Wei A, Zhao H, et al A carboxymethyl-resistant starch/polyacrylic acid semi-IPN hydrogel with excellent adhesive and antibacterial properties for peri-implantitis prevention. Colloids Surf B Biointerfaces. 2024;242:114082. doi: 10.1016/j.colsurfb.2024.114082
- Nguyen VN, Wang SL, Nguyen TH, et al. Preparation and Characterization of Chitosan/Starch Nanocomposites Loaded with Ampicillin to Enhance Antibacterial Activity against Escherichia coli. Polymers (Basel). 2024;16(18):2647. doi: 10.3390/polym16182647
- Sahu KM, Biswal A, Manisha U, Swain SK. Synthesis and drug release kinetics of ciprofloxacin from polyacrylamide/ dextran/carbon quantum dots (PAM/Dex/COD) hydrogels. Int J Biol Macromol. 2024;269(Pt 2):132132. doi: 10.1016/j. ijbiomac.2024.132132
- Wang G, An S, Huang S, et al. Fabrication, optimization, and in vitro validation of penicillin-loaded hydrogels for controlled drug delivery. JBiomater Sci Polym Ed. 2024:1-21. doi: 10.1080/09205063.2024.2387953
- Shi Y, Wang L, Song S, et al. Controllable Silver Release for Efficient Treatment of Drug-Resistant Bacterial-Infected Wounds. Chembiochem. 2024;25(16):e202400406. doi: 10.1002/cbic.202400406
- Galvan-Romero V, Gonzalez-Salazar F, Vargas-Berrones K, et al. Development and evaluation of ciprofloxacin local controlled release materials based on molecularly imprinted polymers. Eur J Pharm Biopharm. 2024;195:114178. doi: 10.1016/j.ejpb.2024.114178
- Osak P, Skwarek S, Lukowiec D, et al. Preparation and Characterization of Oxide Nanotubes on Titanium Surface for Use in Controlled Drug Release Systems. Materials (Basel). 2024;17(15):3753. doi: 10.3390/ma17153753
- Huang Z, Li Y, Yin W, et al. A magnetic-guided nano-antibacterial platform for alternating magnetic field controlled vancomycin release in staphylococcus aureus biofilm eradication. Drug Deliv Transl Res. 2024. doi: 10.1007/s13346-024-01667-x
- Oi H, Wang B, Wang M, et al. A pH/ROS-responsive antioxidative and antimicrobial GelMA hydrogel for on-demand drug delivery and enhanced osteogenic differentiation in vitro. Int J Pharm. 2024 Ma;657:124134. doi: 10.1016/j. ijpharm.2024.124134
- Seidenstuecker M, Hess J, Baghnavi A, et al. Biodegradable composites with antibiotics and growth factors for dual release kinetics. J Mater Sci Mater Med. 2024;35(1):40. doi: 10.1007/s10856-024-06809-8
