Апробация эффективности нового типа спейсеров для локальной антибиотикотерапии

Введение. В настоящее время, кроме системной терапии, приняты два типа лечения гнойной инфекции костно-суставного аппарата: одно- или двухэтапное локальное воздействие на биопленку, причем оба предусматривают использование костного цемента с активным веществом, как правило, антибиотиком.
Цель работы — в условиях эксперимента оценить качественный и количественный выход из костного цемента антибиотика, внедренного в новый тип спейсера решетчатой структуры.
Материалы и методы. Использован новый тип имплантата (спейсера), имеющего решетчатую структуру, изготовленного с помощью аддитивных технологий, и образец сравнения, имитирующий традиционный армированный спейсер из костного цемента + антибиотик. Выход Ванкомицина измеряли методом спектрофотометрии на сроках до 30 дней. Для построения калибровочных кривых использовали регрессионную прямую по данным, полученным из маточных растворов.
Результаты. Получен эффективный профиль высвобождения антибиотика из костного цемента в первые дни эксперимента с последующим снижением к концу первой недели и выходом на равномерное плато. Количество зафиксированного антибиотика в растворах не превышало 1 % общей массы костного цемента и активного вещества. Из образцов, имеющих решетчатую структуру, количество выделенного антибиотика было выше, чем в образцах сравнения.
Обсуждение. Считается, что высвобождение антибиотика является поверхностным процессом и  не  зависит от общего объема костного цемента. Возможное увеличение объема лекарственного композиционного состава не приводит к пропорциональному увеличению количества высвобождаемого активного вещества. В данном исследовании это подтверждается тем, что даже при меньшем объеме материала в  решетчатых структурах высвобождение антибиотика происходит более интенсивно по  сравнению с  контрольными образцами, что подчеркивает важность оптимизации геометрии и структуры материала для достижения максимальной эффективности высвобождения активных веществ.
Заключение. Решётчатая структура имплантатов количественно влияет на выделение антибиотика из костного цемента в окружающую среду.

1. Morcos MW, Kooner P, Marsh J, et al. The economic impact of periprosthetic infection in total knee arthroplasty. Can J Surg. 2021;64(2):E144-E148. doi: 10.1503/cjs.012519.

2. Мурылев В.Ю., Руднев А.И., Куковенко Г.А. и др. Диагностика глубокой перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Травматология и ортопедия России. 2022;28(3):123-135. doi: 10.17816/2311-2905-1797.

3. Божкова С.А., Касимова А.Р., Тихилов Р.М. и др. Неблагоприятные тенденции в этиологии ортопедической инфекции: результаты 6-летнего мониторинга структуры и резистентности ведущих возбудителей. Травматология и ортопедия России. 2018;24(4):20-31. doI: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-20-31.

4. Афиногентова А.Г. Даровская Е.Н. Микробные биопленки ран: состояние вопроса Травматология и ортопедия России. 2011;17(3):119-125. doi: 10.21823/2311-2905-2011-0-3-119-125.

5. Adams K, Couch L, Cierny G, et al. In vitro and in vivo evaluation of antibiotic diffusion from antibiotic-impregnated polymethylmethacrylate beads. Clin Orthop Relat Res. 1992;(278):244-252.

6. Ермаков А.М., Клюшин Н.М., Абабков Ю.В. и др. Оценка эффективности двухэтапного хирургического лечения больных с перипротезной инфекцией коленного и тазобедренного суставов. Гений ортопедии. 2018;24(3):321-326. doi: 10.18019/1028-4427-2018-24-3-321-326.

7. Ермаков А, Клюшин Н, Абабков Ю. и др. Одноэтапное ревизионное эндопротезирование при лечении перипротезной инфекции тазобедренного сустава. Гений ортопедии. 2019;25(2):172-179. doi: 10.18019/1028-4427-2019-25-2-172-179.

8. Середа А.П., Богдан В.Н., Андрианова М.А., Беренштейн М. Лечение перипротезной инфекции: где и кто? Травматология и ортопедия России. 2019;25(4):33-55. doi: 10.21823/2311-2905-2019-25-4-33-55.

9. Божкова С.А., Новокшонова А.А., Конев В.А. Современные возможности локальной антибиотикотерапии перипро-тезной инфекции и остеомиелита (обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2015;31(3):92-107. doi: 10.21823/2311-2905-2015-0-3-92-107.

10. Мурылев В.Ю., Парвизи Д., Руднев А.И. и др. Результаты интраоперационного применения альфа-дефензин экспресс-теста при выполнении второго этапа РЭТС. Гений ортопедии. 2024;30(6):811-821. doi: 10.18019/1028-4427-2024-30-6-811-821.

11. Вильямс Д.Ф., Роуф Р. Имплантаты в хирургии: Пер. с англ. М.: Медицина; 1978:552.

12. Прохоренко В.М., Павлов В.В. Инфекционные осложнения при эндопротезировании тазобедренного сустава. Новосибирск: Наука; 2010:179.

13. Abdullah NN, Abdullah H, Ramlee MH. Current trend of lattice structures designed and analysis for porous hip implants: A short review. Materials Today Proceedings. 2023. doi: 10.1016/j.matpr.2023.09.199.

14. Kharin N, Bolshakov P, Kuchumov AG. Numerical and Experimental Study of a Lattice Structure for Orthopedic Applications. Materials (Basel). 2023;16(2):744. doi: 10.3390/ma16020744.

15. Kladovasilakis N, Tsongas K, Tzetzis D. Finite Element Analysis of Orthopedic Hip Implant with Functionally Graded Bioinspired Lattice Structures. Biomimetics (Basel). 2020;5(3):44. doi: 10.3390/biomimetics5030044.

16. Luo S, Jiang T, Long L, et al. A dual PMMA/calcium sulfate carrier of vancomycin is more effective than PMMA-vancomycin at inhibiting Staphylococcus aureus growth in vitro. FEBS Open Bio. 2020;10(4):552-560. doi: 10.1002/2211-5463.12809.

17. Wall V, Nguyen TH, Nguyen N, Tran PA. Controlling Antibiotic Release from Polymethylmethacrylate Bone Cement. Biomedicines. 2021;9(1):26. doi: 10.3390/biomedicines9010026.

18. Mensah LM, Love BJ. A meta-analysis of bone cement mediated antibiotic release: Overkill, but a viable approach to eradicate osteomyelitis and other infections tied to open procedures. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2021;123:111999. doi: 10.1016/j.msec.2021.111999.

19. Paz E, Sanz-Ruiz P, Abenojar J, et al. Evaluation of Elution and Mechanical Properties of High-Dose Antibiotic-Loaded Bone Cement: Comparative "In Vitro" Study of the Influence of Vancomycin and Cefazolin. J Arthroplasty. 2015;30(8):1423-1429. doi: 10.1016/j.arth.2015.02.040.

20. Меликова Р.Э., Цискарашвили А.В., Артюхов А.А., Сокорова Н.В. In vitro исследование динамики элюции антибактериальных препаратов, импрегнированных в матрицы на основе полимерного гидрогеля. Гений ортопедии. 2023;29(1):64-70. doi: 10.18019/1028-4427-2023-29-1-64-70.

21. Miller R, McLaren A, Leon C, McLemore R. Mixing method affects elution and strength of high-dose ALBC: a pilot study. Clin Orthop Relat Res. 2012;470(10):2677-2683. doi: 10.1007/s11999-012-2351-2.

22. Samelis PV, Papagrigorakis E, Sameli E, et al. Current Concepts on the Application, Pharmacokinetics and Complications of AntibioticLoaded Cement Spacers in the Treatment of Prosthetic Joint Infections. Cureus. 022;14(1):e20968. doi: 10.7759/cureus.20968.

23. Wu K, Chen YC, Hsu YM, Chang CH. Enhancing Drug Release From Antibiotic-loaded Bone Cement Using Porogens. J Am Acad Orthop Surg. 2016;24(3):188-195. doi: 10.5435/JAAOS-D-15-00469.

24. Shi M, Kretlow JD, Spicer PP, et al. Antibiotic-releasing porous polymethylmethacrylate/gelatin/antibiotic constructs for craniofacial tissue engineering. J Control Release. 2011;152(1):196-205. doi: 10.1016/j.jconrel.2011.01.029.

25. Spicer PP, Shah SR, Henslee AM, et al. Evaluation of antibiotic releasing porous polymethylmethacrylate space maintainers in an infected composite tissue defect model. Acta Biomater. 2013;9(11):8832-8839. doi: 10.1016/j.actbio.2013.07.018.

26. Миронов С.П., Цискарашвили А.В., Горбатюк Д.С. Хронический посттравматический остеомиелит как проблема современной травматологии и ортопедии (обзор литературы). Гений ортопедии. 2019;25(4):610-621. doi: 0.18019/1028-4427-2019-25-4-610-621.

27. Samelis PV, Papagrigorakis E, Sameli E, et al. Current Concepts on the Application, Pharmacokinetics and Complications of AntibioticLoaded Cement Spacers in the Treatment of Prosthetic Joint Infections. Cureus. 022;14(1):e20968. doi: 10.7759/cureus.20968.

28. Perry NPJ, Tucker NJ, Hadeed MM, et al. The Antibiotic Cement Bead Rouleaux: A Technical Trick to Maximize the Surface Area to Volume Ratio of Cement Beads to Improve the Elution of Antibiotics. J Orthop Trauma. 2022;36(9):369-373. doi: 10.1097/BOT.0000000000002335.

29. Куропаткин Г.В., Ахтямов И.Ф. Костный цемент в травматологии и ортопедии. 2-е изд. Доп. и перераб. Казань: Издательство “ТаГраф”; 2014:188.

30. Стогов М.В., Шастов А.Л., Киреева Е.А., Тушина Н.В. Высвобождение антибиотиков из материалов для замещения постостеомиелитических дефектов кости. Гений ортопедии. 2024;30(6):873-880 doi: 10.18019/1028-4427-2024-30-6-873-880.