Александр Павлович Антипов — врач — травматолог-ортопед
Санкт-Петербург
Alexander P. Antipov — orthopedic surgeon
St. Petersburg
Светлана Анатольевна Божкова — доктор медицинских наук, заведующая отделением, профессор кафедры
Санкт-Петербург
Svetlana A. Bozhkova — Doctor of Medical Sciences, Head of the Department, Professor of the Department
St. Petersburg
Екатерина Михайловна Гордина — кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник
Санкт-Петербург
Ekaterina M. Gordina — Candidate of Medical Sciences, senior researcher
St. Petersburg
Магомед Шамильевич Гаджимагомедов — аспирант, врач — травматолог-ортопед
Санкт-Петербург
Magomed Sh. Gadzhimagomedov — postgraduate student, orthopaedic surgeon
St. Petersburg
Андрей Александрович Кочиш — кандидат медицинских наук, врач — травматолог-ортопед
Санкт-Петербург
Andrey A. Kochish — Candidate of Medical Sciences, orthopaedic surgeon
St. Petersburg
Введение. Локальная антибиотикотерапия является перспективным методом профилактики и лечения периимплантной инфекции, однако существующие системы доставки антибиотиков имеют ряд ограничений.Цель работы — определить в эксперименте in vitro оптимальные параметры давления, времени экспозиции и типа растворителя для обеспечения пролонгированной элюции ванкомицина из оригинального остеозамещающего материала на основе губчатой аллокости.Материалы и методы. Исследовано семь методик импрегнации с различными комбинациями параметров: давление — от атмосферного до пониженного (7–10 hPa), время — от 5 мин. до 24 ч., растворитель (дистиллированная вода, 50 % раствор этанола, комбинация 50 % этанола с 5 % поливинилпирролидоном (ПВП)). Эффективность оценивали по изменению диаметра зоны подавления S. aureus ATCC 43300 бактериологическим методом и динамике концентрации ванкомицина в элюате методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Статистический анализ выполняли с применением метода ANOVA с post-hoc тестом Тьюки, корреляции — методом Спирмена и путем расчета площади под фармакокинетической кривой.Результаты. Наибольшую эффективность продемонстрировала методика с использованием пониженного давления, 60-минутной экспозиции и спиртового раствора с ПВП, обеспечившая пролонгированное высвобождение ванкомицина до 14 дн. с максимальной площадью под кривой элюции (301364,70) и высокой корреляцией между концентрацией антибиотика и зоной подавления роста (r = 0,908, p < 0,001). Давление оказалось наиболее значимым фактором (F = 19,9916, p < 0,0001), за ним следовали тип растворителя (F = 7,7485, p = 0,0006) и время импрегнации (F = 6,8084, p = 0,0014).Обсуждение. В отличие от традиционных методов локальной антибиотикотерапии, имеющих ограниченную эффективность (3–7 дн.), разработанная методика с использованием пониженного давления и спиртового раствора с ПВП обеспечивает пролонгированное высвобождение ванкомицина до 14 дн. Преимуществом предложенного подхода является более равномерная кинетика элюции по сравнению с полиметилметакрилатом и биодеградируемыми носителями, демонстрирующими резкий начальный выброс антибиотика. Комплементарное использование микробиологического метода и ВЭЖХ подтвердило сохранение антимикробной активности ванкомицина после импрегнации, что принципиально важно для обеспечения терапевтического эффекта.Заключение. Экспериментально установлено, что оптимальными параметрами для обеспечения пролонгированной элюции ванкомицина из остеозамещающего материала на основе губчатой аллокости являются пониженное давление (7–10 hPa), время экспозиции 60 мин. и использование 50 % этанола с 5 % ПВП в качестве растворителя.
Introduction Local antibiotic therapy is used to prevent and treat periprosthetic joint infection, but the available antibiotic delivery systems have some limitations.The objective was to determine optimal parameters of pressure, exposure time and type of solvent to ensure prolonged elution of vancomycin from the original osteosubstituting material based on cancellous allograft bone using an in vitro experiment.Material and methods Seven impregnation techniques with different combinations of parameters were examined including pressure: from atmospheric to reduced (7–10 hPa), time: from 5 minutes to 24 hours, solvent (distilled water, 50 % ethanol solution, a combination of 50 % ethanol and 5 % polyvinylpyrrolidone (PVP)). The efficacy was assessed by changes in the diameter of the S. aureus ATCC 43300 inhibition zone using the bacteriological method and the dynamics of vancomycin concentrationin the eluate and high‑performance liquid chromatography (HPLC). Statistical analysis was performed using the ANOVA method, Tukey's post-hoc test, Spearman's rank correlation and calculation of the area under the pharmacokinetic curve.Results The best efficiency was demonstrated by the method employing reduced pressure, 60-minute exposure and an alcohol solution with PVP, which provided prolonged release of vancomycin for 14 days with the maximum area under the elution curve (301364.70) and a high correlation between the concentration of the antibiotic and the growth inhibition zone (r = 0.908, p < 0.001). The pressure was found to be the most significant factor (F = 19.9916, p < 0.0001), followed by solvent type (F = 7.7485, p = 0.0006) and impregnation time (F = 6.8084, p = 0.0014).Discussion The technique with use of reduced pressure and an alcohol solution with PVP provides prolonged release of vancomycin for 14 days as opposed to conventional local antibiotic therapy with limited effectiveness of 3 to 7 days. The advantage of the approach includes uniform elution kinetics compared to polymethyl methacrylate and biodegradable carriers, which demonstrate a sharp initial release of the antibiotic. The complementary use of the microbiological method and HPLC indicated antimicrobialactivity of vancomycin maintained after impregnation being essential for the therapeutic effect.Conclusion It has been experimentally established that reduced pressure (7–10 hPa), an exposure time of 60 min and the use of 50 % ethanol with 5 % PVP as a solvent appeared to be the optimal parameters for ensuring prolonged elution of vancomycin from an osteosubstituting material based on cancellous allograft bone.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.