Элюция из различных костных цементов ванкомицина и меропенема при их комбинированном применении

Введение. Насыщение материалов для заполнения костных дефектов антибактериальными препаратами используют для лечения пациентов с инфекционными осложнениями костной ткани и профилактики.

Цель работы — провести оценку скорости элюции ванкомицина и меропенема из костных цементов на основе полиметилметакрилата и полимеров полиуретанового ряда, импрегнированных в материал в составе комплекса.

Материалы и методы. В исследовании in vitro проведен сравнительный анализ кинетики высвобождения ванкомицина и меропенема из двух материалов: на основе полимеров полиуретанового ряда (серия ПУ) и полиметилметакрилата (серия ПММА). Антибиотики вносили в материал до начала их полимеризации в следующих пропорциях: группа 1 — полимер : антибиотик 10 г : 1 г (по 0,5 г ванкомицина + 0,5 г меропенема); группа 2 — полимер : антибиотик 10 г : 0,5 г (по 0,25 г ванкомицина + 0,25 г меропенема). Для контроля использовали образцы, нагруженные одним антибиотиком: группа 1в — полимер : антибиотик 10 г : ванкомицин 0,5 г; группа 1м — полимер : антибиотик 10 г : меропенем 0,5 г; группа 2в — полимер : антибиотик 10 г : ванкомицин 0,25 г; группа 2м — полимер : антибиотик 10 г : меропенем 0,25 г.

Результаты. Элюция ванкомицина из материала как на основе ПММА, так и на основе ПУ, загруженных смесью ванкомицин+меропенем, была больше по конечному объему и более длительной по времени, чем из материалов, содержащих один ванкомицин. В свою очередь, высвобождение меропенема из ПММА и ПУ, загруженных смесью ванкомицин+меропенем, было по объему меньше, чем из материалов, содержащих один меропенем.

Обсуждение. Применение комплекса ванкомицина и меропенема в составе костных цементов обнаруживает следующую особенность, — меропенем способствует высвобождению ванкомицина из изученных материалов, при этом собственная элюция меропенема снижается.

Заключение. Комбинирование нескольких антибиотиков в материалах для заполнения костных дефектов влияет на кинетику высвобождения антибиотиков в отличие от кинетики высвобождения антибиотиков, загруженных в материал в случае монотерапии.

1. Сергеев Г.К., Кирпичев И.В., Мальчевский В.А. и др. Современные направления стратегии профилактики и лечения периимплантатной инфекции и послеоперационного остеомиелита. Медицинская наука и образование Урала. 2024;25(1):137-144. doi: 10.36361/18148999_2024_25_1_137.

2. Wassif RK, Elkayal M, Shamma RN, Elkheshen SA. Recent advances in the local antibiotics delivery systems for management of osteomyelitis. Drug Deliv. 2021;28(1):2392-2414. doi: 10.1080/10717544.2021.1998246.

3. Xu T, Wu KL, Jie K. Comprehensive meta-analysis of antibiotic-impregnated bone cement versus plain bone cement in primary total knee arthroplasty for preventing periprosthetic joint infection. Chin J Traumatol. 2022;25(6):325-330. doi: 10.1016/j.cjtee.2022.06.001.

4. 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.

5. Dantas LR, Ortis GB, Suss PH, Tuon FF. Advances in Regenerative and Reconstructive Medicine in the Prevention and Treatment of Bone Infections. Biology (Basel). 2024;13(8):605. doi: 10.3390/biology13080605.

6. Jiang C, Zhu G, Liu Q. Current application and future perspectives of antimicrobial degradable bone substitutes for chronic osteomyelitis. Front Bioeng Biotechnol. 2024;12:1375266. doi: 10.3389/fbioe.2024.1375266.

7. Martínez-Moreno J, Merino V, Nácher A, et al. Antibiotic-loaded Bone Cement as Prophylaxis in Total Joint Replacement. Orthop Surg. 2017;9(4):331-341. doi: 10.1111/os.12351.

8. 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.

9. Levack AE, Turajane K, Yang X, et al. Thermal Stability and in Vitro Elution Kinetics of Alternative Antibiotics in Polymethylmethacrylate (PMMA) Bone Cement. J Bone Joint Surg Am. 2021;103(18):1694-1704. doi: 10.2106/JBJS.20.00011.

10. Wang LH, Feng YD, Zhang XW, et al. Elution and Biomechanical Properties of Meropenem-Loaded Bone Cement. Orthop Surg. 2021;13(8):2417-2422. doi: 10.1111/os.13139.

11. Ермаков А.М., Богданова Н.А., Матвеева Е.Л., Гасанова А.Г. Анализ микробного пейзажа у пациентов с перипротезной инфекцией тазобедренного сустава. Гений ортопедии. 2025;31(3):307-313. doi: 10.18019/1028-4427-2025-31-3-307-313.

12. Цискарашвили А.В., Меликова Р.Э., Назаренко А.Г. Результаты микробиологического мониторинга ведущих возбудителей при инфицированных переломах длинных костей в условиях чрескостного остеосинтеза. Вестник травматологии и ортопедии им. Н.Н. Приорова. 2025;32(2):457-475. doi: 10.17816/vto655983.

13. Шипицына И.В., Осипова Е.В. Роль анаэробной микрофлоры в этиологии хронического остеомиелита. Клиническая лабораторная диагностика. 2024;69(2):92-96. doi: 10.51620/0869-2084-2024-69-2-92-96.

14. Судницын А.С., Шастов А.Л., Клюшин Н.М., Рашидов Г.Х. Первый опыт применения частично биорезорбируемого костнозамещающего материала у больного хроническим остеомиелитом большеберцовой кости 34-летней давности заболевания. Гений ортопедии. 2025;31(1):60-65. doi: 10.18019/1028-4427-2025-31-1-60-65.

15. Smith M, Roberts M, Al-Kassas R. Implantable drug delivery systems for the treatment of osteomyelitis. Drug Dev Ind Pharm. 2022;48(10):511-527. doi: 10.1080/03639045.2022.2135729.

16. Zegre M, Poljańska E, Caetano LA, et al. Research progress on biodegradable polymeric platforms for targeting antibiotics to the bone. Int J Pharm. 2023;648:123584. doi: 10.1016/j.ijpharm.2023.123584.

17. Lin H, Gao Z, Shan T, et al. A review on the promising antibacterial agents in bone cement-From past to current insights. J Orthop Surg Res. 2024;19(1):673. doi: 10.1186/s13018-024-05143-7.

18. Andollina A, Bertoni G, Zolezzi C, et al. Vancomycin and meropenem in acrylic cement: elution kinetics of in vitro bactericidal action. Chir Organi Mov. 2008;91(3):153-158. doi: 10.1007/s12306-007-0025-0.

19. Funk GA, Burkes JC, Cole KA, et al. Antibiotic Elution and Mechanical Strength of PMMA Bone Cement Loaded With Borate Bioactive Glass. J Bone Jt Infect. 2018;3(4):187-196. doi: 10.7150/jbji.27348.

20. Slane J, Gietman B, Squire M. Antibiotic elution from acrylic bone cement loaded with high doses of tobramycin and vancomycin. J Orthop Res. 2018;36(4):1078-1085. doi: 10.1002/jor.23722.

21. Hsieh PH, Tai CL, Lee PC, Chang YH. Liquid gentamicin and vancomycin in bone cement: a potentially more cost-effective regimen. J Arthroplasty. 2009;24(1):125-130. doi: 10.1016/j.arth.2008.01.131.

22. Penner MJ, Masri BA, Duncan CP. Elution characteristics of vancomycin and tobramycin combined in acrylic bone-cement. J Arthroplasty. 1996;11(8):939-944. doi: 10.1016/s0883-5403(96)80135-5.

23. 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.

24. Fraval A, Zhou Y, Parvizi J. Antibiotic-loaded cement in total joint arthroplasty: a comprehensive review. Arch Orthop Trauma Surg. 2024;144(12):5165-5175. doi: 10.1007/s00402-024-05328-z.

25. von Hertzberg-Boelch SP, Luedemann M, Rudert M, Steinert AF. PMMA Bone Cement: Antibiotic Elution and Mechanical Properties in the Context of Clinical Use. Biomedicines. 2022;10(8):1830. doi: 10.3390/biomedicines10081830.

26. Coraça-Huber D, Humez M, Kühn KD. A Comparative Study of Extended Gentamicin and Tobramycin Release and Antibacterial Efficacy from Palacos and Simplex Acrylic Cements. Microorganisms. 2025;13(9):2174. doi: 10.3390/microorganisms13092174.

27. Si L, Zhang W, Jiang H, et al. Dual antibiotic PLGA microspheres for the treatment of traumatic osteomyelitis. Sci Rep. 2025;15(1):30694. doi: 10.1038/s41598-025-14824-0.

28. Dietz MJ, McGowan BM, Thomas DD, et al. Does Cement Viscosity Impact Antibiotic Elution and In Vitro Efficacy Against Common Prosthetic Joint Infection Pathogens? Clin Orthop Relat Res. 2025;483(3):488-497. doi: 10.1097/CORR.0000000000003272.

29. Божкова С.А., Гаджимагомедов М.Ш., Гордина Е.М. и др. Экспериментальное обоснование комбинаций антимикробных препаратов для импрегнации костного цемента. Травматология и ортопедия России. 2025;31(1):76-84. doi: 10.17816/2311-290517665.

30. Kazmi SAD, Soomro T, Soomro R, et al. Impact of Biofilms on Surface Properties of Polymethyl Methacrylate (PMMA) Resins. J Basic Microbiol. 2024;64(12):e2400460. doi: 10.1002/jobm.202400460.

31. Kreve S, Cândido Dos Reis A. Antibiofilm capacity of PMMA surfaces: A review of current knowledge. Microb Pathog. 2025;202:107426. doi: 10.1016/j.micpath.2025.107426.

32. Tseng TH, Chang CH, Chen CL, et al. A simple method to improve the antibiotic elution profiles from polymethylmethacrylate bone cement spacers by using rapid absorbable sutures. BMC Musculoskelet Disord. 2022;23(1):916. doi: 10.1186/s12891-022-05870-0.