Preview

Вестник Российской академии медицинских наук

Расширенный поиск

Экспериментальное исследование антибактериальной активности литического стафилококкового бактериофага ph20 и литического бактериофага синегнойной палочки ph57 при моделировании их импрегнации в ортопедические полимерные конструкции из полиметилметакрилата (костного цемента)

https://doi.org/10.15690/vramn905

Полный текст:

Аннотация

Обоснование. Проблема бактериальной колонизации используемых в медицинской практике имплантатов из различных материалов продолжает оставаться актуальной, независимо от использованного для их изготовления материала. Отдельного внимания заслуживают имплантируемые в организм человека полимерные имплантаты, которые изготовляют ex tempore (по мере надобности) из полиметилметакрилата, например при ортопедических хирургических вмешательствах (так называемый костный цемент). Защита таких имплантатов путем импрегнации в них антибиотиков подвергается множественной критике, поэтому в качестве альтернативы антибиотикам могут быть использованы литические бактериофаги, обладающие рядом уникальных преимуществ, однако экспериментальных работ по изучению возможности импрегнации бактериофагов в полиметилметакрилат и антибактериальной активности в таких условиях в литературе не опубликовано. Цель исследования ― изучить возможность физического размещения бактериофагов в полиметилметакрилате и в модели in vitro охарактеризовать литический антибактериальный эффект двух различных штаммов бактериофагов при их импрегнации в изготавливаемый ex tempore полимерный носитель на этапе полимеризации. 

Методы. Первым этапом была проведена атомно-силовая микроскопия (АСМ) образцов полиметилметакрилата медицинского назначения для выяснения наличия и размеров каверн, образовавшихся после завершения полимеризации при различном диапазоне температур реакционной смеси (+6…+25 °C и +18…+50 °C). Вторым этапом in vitro было проведена импрегнация двух различных штаммов бактериофагов (ph20, активного в отношении Staphylococcus aureus, и ph57, активного в отношении Pseudomonas aeruginosa) в полиметилметакрилат на этапе полимеризации с последующим определением их антибактериальной активности.

 Результаты. В ходе выполнения АСМ установлена возможность размещения бактериофагов в кавернах полиметилметакрилата: медиана сечения и глубины каверн на внешней поверхности образца, полимеризованного при температуре +18…+50 °C, составила 100,0 и 40,0 нм соответственно, а на поверхности поперечного скола образца ― 120,0 и 100,0 нм соответственно, что статистически не отличалось от геометрических размеров каверн образца, полимеризованного при температуре +6…+25 °C. Изучение антибактериальной активности показало, что импрегнированный при +6…+25 °C в полиметилметакрилат стафилококковый бактериофаг ph20 утратил эффективный титр уже в течение первых шести суток с момента начала эксперимента, тогда как синегнойный бактериофаг ph57 сохранял эффективный титр как минимум в течение 13 сут. 

Заключение. В исследовании была подтверждена возможность импрегнации бактериофагов в полиметилметакрилат медицинского назначения с поддержанием эффективного титра бактериофага при его эмиссии во внешнюю среду, что открывает пути возможного применения такого способа доставки бактериофагов в клинической практике. Также сделаны предположения о вероятной подверженности некоторых бактериофагов агрессивным воздействиям со стороны химических компонентов «костного цемента» и/или продуктов реакции полимеризации, что требует строгого отбора пригодных для подобного способа доставки штаммов бактериофагов.

Об авторах

Александр Геннадьевич Самохин
Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна
Россия

Cтарший научный сотрудник лабораторно-экспериментального отдела 

SPIN-код: 4482-7718 

Адрес: 630091, Новосибирск, ул. Фрунзе, д. 17



Юлия Николаевна Козлова
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Mладший научный сотрудник лаборатории молекулярной биологии

SPIN-код: 2747-9587 

Адрес: 630090, Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, д. 8



Денис Владимирович Корнеев
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Россия

Научный сотрудник лаборатории микроскопических исследований 

SPIN-код: 4040-3757 

Адрес: 630559, Новосибирская обл., пос. Кольцово



Олег Святославович Таранов
Государственный научный центр вирусологии и биотехнологии «Вектор» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека
Россия

Заведующий лабораторией микроскопических исследований 

SPIN-код: 5894-6518 

Адрес: 630559, Новосибирская обл., пос. Кольцово



Евгений Александрович Федоров
Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна
Россия

Врач-ортопед отделения эндопротезирования суставов и осложнени 

SPIN-код: 9688-8822 

Адрес: 630091, Новосибирск, ул. Фрунзе, д. 17



Виталий Викторович Павлов
Новосибирский научно-исследовательский институт травматологии и ортопедии им. Я.Л. Цивьяна
Россия

Заведующий отделением эндопротезирования суставов и осложнений

SPIN-код: 7596-2960 

Адрес: 630091, Новосибирск, ул. Фрунзе, д. 17



Вера Витальевна Морозова
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Старший научный сотрудник лаборатории молекулярной микробиологии 

SPIN-код: 4915-9723 

Адрес: 630090, Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, д. 8



Нина Викторовна Тикунова
Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук
Россия

Заведующая лабораторией молекулярной микробиологии 

SPIN-код: 2096-3645 

Адрес: 630090, Новосибирск, пр. Ак. Лаврентьева, д. 8



Список литературы

1. Skurnik D, Davis MR Jr, Benedetti D, et al. Targeting pan-resistant bacteria with antibodies to a broadly conserved surface polysaccharide expressed during infection. J Infect Dis. 2012;205(11):1709–1718. doi: 10.1093/infdis/jis254.

2. Самохин А.Г., Козлова Ю.Н., Корнеев Д.В., и др. Современные экспериментальные методы предотвращения бактериальной адгезии и нарушения внутреннего гомеостаза бактерий: обзор литературы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. ― 2017. ― №11−2 ― С. 248−254. [Samokhin AG, Kozlova YuN, Korneev DV, et al. Modern experimental methods of bacterial adhesion prevention and bacterial internal homeostasis impairment: a review. Mezhdunarodnyi zhurnal prikladnykh i fundamental’nykh issledovanii. 2017;(11−2):248−254. (In Russ).]

3. Baker AS, Greenham LW. Release of gentamicin from acrylic bone cement. Elution and diffusion studies. J Bone Joint Surg Am. 1988;70(10):1551–1557. doi: 10.2106/00004623-198870100-00015.

4. Schiefer UR, Heiss C, Dingeldein E, et al. [Elution kinetics and antimicrobial effects of gentamicin- and clindamycin-loaded bone cements in vitro. (In German).] Z Orthop Unfall. 2008;146(1):92–98. doi: 10.1055/s-2007-989301.

5. Wang J, Zhu C, Cheng T, et al. A systematic review and meta-analysis of antibiotic-impregnated bone cement use in primary total hip or knee arthroplasty. PLoS One. 2013;8(12):e82745. doi: 10.1371/journal.pone.0082745.

6. Hinarejos P, Guirro P, Puig-Verdie L, et al. Use of antibiotic-loaded cement in total knee arthroplasty. World J Orthop. 2015;6(11):877–885. doi: 10.5312/wjo.v6.i11.877.

7. Тикунова Н.В., Власов В.В. Бактериофаги ― враги наших врагов // Наука из первых рук. ― 2013. ― №2 ― С. 58−69. [Tikunova NV, Vlasov VV. Bakteriofagi ― vragi nashikh vragov. Nauka iz pervykh ruk. 2013;(2):58−69. (In Russ).]

8. Самохин А.Г., Фёдоров Е.А., Козлова Ю.Н., и др. Применение литических бактериофагов при хирургическом лечении парапротезной инфекции эндопротеза тазобедренного сустава (пилотное исследование) // Современные проблемы науки и образования. ― 2016. ― №6. [Samokhin AG, Fedorov EA, Kozlova YuN, et al. pplication of the lytic bacteriophages during surgical treatment of the periprosthetic infection of the hip joint endoprosthesis (pilot study). Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya. 2016;(6). (In Russ).]

9. Fenton M, Ross P, McAuliffe O, et al. Recombinant bacteriophage lysins as antibacterials. Bioeng Bugs. 2010;1(1):9–16. doi: 10.4161/bbug.1.1.9818.

10. Bunetel L, Segui A, Cormier M, et al. Release of gentamicin from acrylic bone cement. Clin Pharmacokinet. 1989;17(4):291–297. doi: 10.2165/00003088-198917040-00006.

11. Патент на изобретение РФ RU 2475273. Козлова Ю.Н., Самохин А.Г., Павлов В.В., Репин В.Е. Способ получения полимерного цемента медицинского назначения. Опубл. 20.02.2013. [Patent RU №2475273 / 20.02.2013. Byul. №5. Kozlova YuN, Samokhin AG, Pavlov VV, Repin VE. Sposob polucheniya polimernogo tsementa meditsinskogo naznacheniya. (In Russ).] Доступно по: http://www.freepatent.ru/images/patents/257/2475273/patent-2475273.pdf. Ссылка активна на 12.12.2017.


Для цитирования:


Самохин А.Г., Козлова Ю.Н., Корнеев Д.В., Таранов О.С., Федоров Е.А., Павлов В.В., Морозова В.В., Тикунова Н.В. Экспериментальное исследование антибактериальной активности литического стафилококкового бактериофага ph20 и литического бактериофага синегнойной палочки ph57 при моделировании их импрегнации в ортопедические полимерные конструкции из полиметилметакрилата (костного цемента). Вестник Российской академии медицинских наук. 2018;73(1):59-68. https://doi.org/10.15690/vramn905

For citation:


Samokhin A.G., Kozlova J.N., Korneev D.V., Taranov O.S., Fedorov E.A., Pavlov V.V., Morozova V.V., Tikunova N.V. Experimental study of the antibacterial activity of the lytic Staphylococcus aureus bacteriophage ph20 and lytic Pseudomonas aeruginosa bacteriophage ph57 during modelling of its impregnation into poly(methylmetacrylate) orthopedic implants (bone cement). Annals of the Russian academy of medical sciences. 2018;73(1):59-68. (In Russ.) https://doi.org/10.15690/vramn905

Просмотров: 254


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 0869-6047 (Print)
ISSN 2414-3545 (Online)