Цель. Оценить результаты сравнительного анализа антимикробной in vitro активности полимерных гидрогелей и ПММА, импрегнированных антибиотиками, в отношении тест-культур ведущих возбудителей ортопедической инфекции. Материалы и методы. Проведен сравнительный анализ антимикробной активности полимерного гидрогеля и ПММА, импрегнированных антибиотиками. Оценена бактерициднаяэффективность и пролонгированность действия следующих пар «микроб-антибиотик»: MSSA – гентамицин, MSSE – цефазолин, MRSA и MRSE – ванкомицин, A. baumannii – тобрамицин. Длительность исследования – 7 суток. Статистическое сравнение групп проведено при помощи критериев Манна-Уитни, Уилкоксона, для описания данных использовали медиану и 95 % ДИ. Результаты. Полученные показатели зоны ингибирования роста микроорганизмов вокруг полимерного гидрогеля в несколько раз превосходили результаты ПММА (p < 0,05 для всех сроков). Антимикробная активность гидрогелей во всех наблюдениях длилась более 7 суток. Наименьшую скорость сокращения зоны подавления показали гидрогели, импрегнированные ванкомицином. Наилучшее противомикробное действие продемонстрировали сравниваемые образцы с цефазолином в отношении MSSE, максимальный показатель зоны подавления которых в среднем для гидрогеля составил 29,3 мм, ПММА – 22,3 мм. Обсуждение. Образцы из полимерного гидрогеля, импрегнированные антибиотиками, продемонстрировали пролонгированную выраженную эффективную антимикробную активность в отношении ведущих возбудителей ортопедической инфекции в сравнении с ПММА. Бактерицидная эффективность полимерного гидрогеля достоверно превысила активность ПММА уже c первых суток исследования (p = 0,002). Действие гидрогеля на всем протяжении исследования было равномерным без скачкообразных изменений или провалов (p > 0,05), в отличие от костного цемента, активность которого в отношении всех тест-культур значимо снизилась (p = 0,042) на 2-е сутки исследования. Заключение. Полимерные биодеградируемые гидрогели, импрегнированные антибиотиками, обладают большим антимикробным потенциалом по сравнению с ПММА. Равномерное медленное контролируемое высвобождение препарата и эффективное подавление роста микроорганизмов, а также пролонгированное действие придают гидрогелям свойства эффективной депо-системы.
Purpose To evaluate the results of a comparative analysis of the in vitro antimicrobial activity of polymer hydrogels and PMMA impregnated with antibiotics against test cultures of the leading pathogens of bone infection.
Materials and methods A comparative analysis of the antimicrobial activity of the polymer hydrogel and PMMA impregnated with antibiotics was carried out. The bactericidal efficacy and prolongation of action of the following microbe-antibiotic pairs were assessed: MSSA – gentamicin, MSSE – cefazolin, MRSA and MRSE – vancomycin, A. baumannii – tobramycin. The duration of the study is 7 days. Statistical comparison of groups was carried out using the Mann-Whitney and Wilcoxon tests; the median and 95 % CI were used to describe the data.
Results The obtained indicators of the zone of inhibition of the growth of microorganisms around the polymer hydrogel were several times higher than the results of PMMA (p < 0.05 for all periods). The antimicrobial activity of hydrogels in all cases lasted more than 7 days. Hydrogels impregnated with vancomycin showed the lowest rate of contraction of the inhibition zone. The best antimicrobial effect was demonstrated by the compared samples with cefazolin in relation to MSSE, the maximum index of the zone of suppression of which, on average, for the hydrogel was 29.3 mm, PMMA – 22.3 mm.
Discussion Samples from polymer hydrogel impregnated with antibiotics demonstrated prolonged pronounced effective antimicrobial activity against the leading pathogens of orthopedic infections in comparison with PMMA. The bactericidal efficacy of the polymer hydrogel significantly exceeded the activity of PMMA already from the first day of the study (p = 0.002). The action of the hydrogel throughout the study was uniform without abrupt changes or dips (p > 0.05), in contrast to bone cement, whose activity against all test cultures significantly decreased (p = 0.042) on the 2nd day of the study.
Conclusion Polymeric biodegradable hydrogels impregnated with antibiotics have a greater antimicrobial potential compared to PMMA. Uniform, slow and controlled release of the drug and effective inhibition of the growth of microorganisms, as well as prolonged action show that these properties may turn hydrogels into an effective depot system.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.