Бактериальные биопленки в ортопедии: проблема и возможные перспективы профилактики
В настоящем обзоре представлены современные взгляды на формирование хронической ортопедической инфекции, связанной с биопленкообразованием бактерий. Кратко рассмотрены этапы формирования биопленок, фенотипы бактериальных клеток, существующих в них, а также их роль в патогенезе имплантат-ассоциированной инфекции. Состояние биопленки позволяет патогенам быть устойчивыми к лечению антибиотиками и к воздействию факторов иммунной системы из-за структурной и метаболической гетерогенности, которая обусловлена одновременным сосуществованием микробных клеток в различных состояниях, сочетающимся с активным синтезом межклеточного матрикса. В настоящее время существует несколько направлений в профилактике микробной адгезии и созревания пленок на ортопедических имплантатах. В травматологии и ортопедии в профилактических и терапевтических целях помимо системных и локальных антибактериальных препаратов можно использовать материалы для создания имплантатов с определенными физическими и химическими свойствами поверхностей. Приведены основные мишени воздействия противобиопленочных агентов. Показаны результаты клинического применения серебра и йода для профилактики и лечения инфекционных осложнений при ортопедических операциях. Сделан вывод, что, несмотря на все оптимистичные результаты, большинство применяемых методик находятся на этапе изучения и их трудно масштабировать до отраслевых стандартов, что требует дальнейших исследований.
Ключевые слова: биопленки, биопленкообразование, перипротезная инфекция, имплантат-ассоциированная инфекция, имплантаты.
Для цитирования: Гордина Е.М., Божкова С.А. Бактериальные биопленки в ортопедии: проблема и возможные перспективы профилактики. РМЖ. Медицинское обозрение. 2021;29(8):29-32.
Bacterial biofilms in orthopedics: the problem and possible prospects for prevention
E.M. Gordina, S.A. Bozhkova
Vreden National Medical Research Center of Traumatology and Orthopedics, St. Petersburg
This review presents modern views on the formation of a chronic orthopedic infection associated with the biofilm formation of bacteria. The stages of biofilm formation, the phenotypes of bacterial cells existing in them, as well as their role in the pathogenesis of implant-associated infection are briefly considered. The biofilm state allows pathogens to be resistant to antibiotic treatment and to the effects of immune system factors due to structural and metabolic heterogeneity because of simultaneous coexistence of microbial cells in various states, combined with active synthesis of the intercellular matrix. Currently, there are several directions in the prevention of microbial adhesion and maturation of films on orthopedic implants. For preventive and therapeutic purposes in traumatology and orthopedics, in addition to systemic and local antibacterial drugs, materials can be used to create implants with certain physical and chemical properties of surfaces. The main action targets of anti-biofilm agents are given This review shows the results of the clinical use of silver and iodine for the prevention and treatment of infectious complications during orthopedic operations. It is concluded that, despite all the optimistic results, most of the applied methods are still to be studied and difficult to scale up to industry standards, which requires further research.
Keywords: biofilms, biofilm formation, periprosthetic joint infection, implant-associated infection, implants.
For citation: Gordina E.M., Bozhkova S.A. Bacterial biofilms in orthopedics: the problem and possible prospects for prevention.
RMJ. 2021;8:29–32.
Введение
В настоящее время потребность в костных и суставных протезах растет из-за старения населения и, вероятно, будет продолжать расти в будущем [1, 2]. Даже с учетом современных широко используемых методов профилактики и асептической хирургической техники частота перипротезной инфекции (ППИ) после вмешательства не снижается ниже 1–2% [3, 4].
Особенностями развития инфекционных осложнений ортопедических вмешательств являются слабовыраженная воспалительная реакция организма пациента, а также способность патогенов к адгезии и биопленкообразованию на поверхности костей и имплантатов, что обусловливает низкую эффективность лечения ввиду устойчивости возбудителей к антибиотикам и факторам иммунной защиты организма [5]. Длительно текущая хроническая инфекция костей может приводить к таким осложнениям, как амилоидоз почек, дистрофические изменения паренхиматозных органов и формирование септикопиемических очагов [6], при этом основной причиной формирования инфекционного очага и развития рецидивов заболевания считают биопленкообразование патогенов [7, 8].
Биопленки: особенности строения и функционирования
Биопленки образованы микробными сообществами, которые встроены в самостоятельно продуцируемую матрицу внеклеточных полимерных веществ (extracellular polymeric substances) [9]. Матрикс, в свою очередь, объединяет бактериальные клетки в единую систему и выполняет структурно-образующую функцию. Например, полимерный матрикс Staphylococcus aureus может быть образован полисахаридами на основе β-1,6-N-ацетилглюкозамина (PNAG), белками (семейства Bap, Rbf), внеклеточной ДНК, а у Pseudomonas aeruginosa — полисахаридами (альгинат, Psl, Pel), протеинами (CdrA) и внеклеточной ДНК [10]. Толщина и структура пленок могут варьировать от монослоя до многослойного плотного сообщества клеток и зависят от таксономической принадлежности микроорганизма, длительности контакта микробов с поверхностью, свойств субстрата, на который происходит адгезия, а также ряда других факторов [11].
Закрепленные в матриксе бактерии претерпевают ряд метаболических изменений, приобретая отличия друг от друга. Даже в моновидовых биопленках сосуществуют бактерии в различных состояниях [12]. В настоящее время выделяют четыре основных метаболических состояния внутри биопленки: аэробное, ферментативное, спящее, мертвое [13].
Различия формируют несколько бактериальных фенотипов: клетки-персистеры, малые колонии (SCV — small colony variants) и жизнеспособные, но некультивируемые (VBNC — viable but non-culturable) бактерии [14, 15].
Клетки-персистеры — это бактерии, которые уже присутствуют в планктонной популяции. Они могут выдерживать высокие концентрации противомикробных препаратов и чаще обнаруживаются в биопленках [16].
Формирование SCV-фенотипа происходит в результате замедления метаболизма, роста и секреции цитотоксического фактора. Такие бактерии характеризуются меньшим размером колоний, формируемых на питательных средах [17, 18]. Перестройка на SCV-фенотип и бактериальная интернализация увеличивают выживаемость и время существования инфекта в организме хозяина [17].
Состояние VBNC соответствует метаболически наименее активным бактериям, не способным расти на питательных средах. Именно это состояние микробов в биопленках может возникать под воздействием антибиотиков [19]. Поскольку значительная часть антибиотиков нацелена на активные бактериальные клетки, эти метаболические адаптации являются ключевым фактором биопленочной устойчивости бактерий [5].
Рассеивание кластеров микроорганизмов позволяет персистировать источнику резистентной бактериальной популяции, а также обеспечивать непрерывную микробную диссеминацию в различные локусы организма, приводя к хронизации инфекционного процесса.
S. aureus, включая метициллинчувствительные (MSSA) и метициллинрезистентные (MRSA) штаммы, является наиболее распространенным видом, вызывающим ортопедическую инфекцию [6]. Streptococcus spp., Enterococcus spp., Cutibacterium acnes — это прочие виды, часто выступающие этиологическими факторами ППИ, но только S. aureus ответственен за около 50% всех ППИ [5]. Причем если ранее рассматривали только S. aureus как наиболее актуальный этиопатоген в случаях инфекционных осложнений эндопротезирования крупных суставов, то в настоящее время повсеместно растет частота ППИ, обусловленных коагулазонегативными представителями рода, преимущественно S. epidermidis [20, 21].
Существование в биопленке обеспечивает долгосрочное выживание патогенов в макроорганизме, а также наносит значительный ущерб окружающей ткани. В инфицированных тканях патоген-ассоциированные молекулярные паттерны взаимодействуют с врожденными Toll-подобными рецепторами, экспрессируемыми на различных типах клеток, а также стимулируют высвобождение воспалительных цитокинов, включая ИЛ-1 и ИЛ-6. Это приводит к активации и дифференцировке остеокластов и повышенной продукции остеобластами рецептора-активатора ядерного транскрипционного фактора каппа-В лиганд (RANKL — Receptor activator of nuclear factor kappa-B ligand). RANKL является ключевым звеном гомеостаза костной ткани, непосредственно регулирующим дифференцировку и активацию остеокластов и остеолиз. Активация Т-лимфоцитов приводит к индукции экспрессии цитокинов, повышению остеокластогенеза, потере костной ткани и, как следствие, к нестабильности компонентов эндопротеза [22].
Подходы к профилактике пленкообразования
Логичным представляется вопрос о возможности модификации поверхности имплантата с целью придания ей антиадгезивных и противомикробных свойств для предотвращения формирования микробных биопленок. В 1987 г. A. Gristina [23] впервые предложил концепцию конкуренции за поверхность, в которой судьба имплантата из биоматериала зависит от баланса между тканевой интеграцией и микробной адгезией с образованием биопленки. В рамках этой концепции была выдвинута гипотеза о том, что модификации материалов, которые усиливают остеоинтеграцию при одновременном подавлении бактериальной адгезии, могут обеспечить теоретическое преимущество и устранить риск образования биопленок и развития инфекции [24], что послужило толчком для дальнейших исследований.
C.L. Romanò et al. [25] классифицировали методики получения антибактериальных покрытий имплантатов на три основные группы:
Пассивная обработка поверхности с антиадгезивными свойствами без высвобождения антибактериальных компонентов. Данная методика не обеспечивает достаточный бактерицидный эффект, необходимый для устранения инфекционного агента, поскольку их действие ограничено периимплантационной областью.
Активная обработка поверхности с последующей элюцией антибактериальных средств.
Периоперационные антибактериальные носители или покрытия, наносимые во время операции (в том числе биоразлагаемые).
Вторая и третья группы обеспечивают только временное решение проблемы, так как их бактерицидный эффект нивелируется со временем.
Существует мнение, что оптимальная поверхность имплантата должна обладать сильным антиинфекционным потенциалом, продолжительным действием, стабильностью, не быть токсичной и вызывать минимальную реакцию со стороны макроорганизма [26].
Для достижения пролонгированного выраженного антимикробного и антибиопленочного действия поверхности могут быть физически и механически обработаны, а также покрыты или химически модифицированы. Ряд антиадгезивных покрытий на титан созданы путем изменения поверхности полимерами, сополимерами или белками. Так, D. Curto et al. [27] показали, что кристаллическая фаза оксида титана на поверхности биоматериалов снижает адгезию бактерий, не влияя на биосовместимость. S. Ferraris et al. [28] продемонстрировали, что механически получаемые нанобороздки (0,1–0,2 мкм) и кератиновые нановолокна могут увеличивать биосовместимость без увеличения степени микробной адгезии. M. Lorenzetti et al. [29] применили гидротермические методы лечения для достижения аналогичного снижения бактериальной адгезии. Полученные результаты указывают на существование возможности модификации поверхности биоматериала с целью предотвращения адгезии патогенов и формирования на его поверхности микробных биопленок.
В профилактике развития любой имплантат-ассоциированной инфекции ключевым моментом является предупреждение формирования зрелой биопленки, иными словами — микробного очага. При первичном эндопротезировании первая линия «обороны» — это антибактериальные препараты в рамках периоперационной антибиотикопрофилактики. Кроме того, некоторые исследователи рекомендуют применение антибиотиков в составе костного цемента, которым фиксируют компоненты эндопротеза, что, по их мнению, обеспечивает первоначальный защитный барьер против инфицирования эндопротезов [30, 31]. Повсеместно импрегнацию костного цемента дополнительным антибиотиком, как правило ванкомицином, используют при лечении ортопедической инфекции [7].
Существуют данные о возможности физической модификации поверхности для адсорбции антибиотиков или просто применения простого погружения имплантата в антибактериальные препараты для создания временного покрытия с антимикробными и противобиопленочными свойствами [32]. Известно, что антибиотики, ковалентно связанные с металлическими поверхностями, ингибируют бактериальную колонизацию как in vitro, так и in vivo [24]. Однако антибактериальные препараты, дополнительно вносимые в костный цемент, должны соответствовать определенным требованиям — отличаться безопасностью, термостабильностью, гипоаллергенностью, водорастворимостью, иметь адекватный спектр бактерицидной активности; должна быть возможность получения препарата в форме стерильного порошка или лиофилизата [33].
По точкам приложения механизма действия Brackman и Coynye [34] разделили противобиопленочные агенты на группы, воздействующие на:
системы межбактериальной коммуникации, в частности на аутоиндуктор AI-2 (грамотрицательных бактерий), диффузный фактор сигнала (diffusible signal factor);
транскрипционную активность грамнегативных бактерий (деценовая кислота и др.);
механизмы обеспечения железом (лактоферрин, препараты галлия, пиовердин и др.);
молекулы стенки бактерии (например, D-аминокислоты препятствуют закреплению белковых амилоидных волокон; сарагозиновая кислота (zaragozic acid) нарушает архитектуру микродоменов в клеточных мембранах);
межбактериальные взаимодействия (антиматриксные молекулы, например норспермидин (norspermidine), AA-861, партенолид (parthenolide), рамнолипид (rhamnolipid) и другие бактериальные поверхностно-активные вещества);
молекулы, способствующие гибели клеток (индукторы синтеза оксида азота, вызывающего гибель бактерий).
Одним из перспективных направлений борьбы с биопленкообразованием на поверхностях ортопедических имплантатов является применение химических агентов, в том числе металлов (серебро, золото, медь, кобальт) и галогенов [35].
Антимикробное действие серебра связано с взаимодействием его ионов с тиольными группами ферментов и белков, а также с влиянием на высвобождение ионов К+ из бактериальной клетки [36]. Кроме того, предполагается, что механизм действия серебра заключается в образовании активных форм кислорода и биологически активных ионов, которые повреждают клеточные стенки бактерий, связываются с нуклеиновыми кислотами, препятствуя размножению бактерий [37]. N. Harrasser et al. [38] изучали антимикробные эффекты серебра и наблюдали значительную антимикробную активность, которая положительно коррелировала с концентрациями серебра. Кроме того, V. Aurore et al. [39] определили, что наночастицы серебра усиливают бактерицидную активность в остеокластах. К числу преимуществ ионов серебра относятся антиадгезивное действие и предупреждение образования биопленок на поверхности спейсера из ПММА [40, 41].
K. Kalishwaralal et al. [42] продемонстрировали, что наночастицы серебра в концентрации 100 нМ почти полностью предотвращали биопленкообразование штаммов S. epidermidis и P. aeruginosa. В другом исследовании [43] костный цемент, импрегнированный серебром, значительно снижал биопленкообразование патогенов в сравнении со стандартным цементом. В ряде экспериментов отмечен синергичный эффект серебра в комбинации с антибиотиками [44–46]. Значимым преимуществом поверхностей, покрытых наночастицами серебра, является их способность непрерывно высвобождать действующее вещество в перипротезную область в течение значительного периода времени, таким образом, действуя как на поверхностном слое, так и непосредственно в окружающей среде [45].
Сравнительно недавно было установлено, что йод является успешным адъювантом для ирригации и санации в случаях ППИ [47]. На сегодняшний день описаны различные методики обработки поверхности имплантата растворами йода. N.M. Brown et al. [49] показали эффективность 10% повидон-йода при обработке им хирургической раны и поверхности имплантата. После имплантации протезных компонентов рану пропитывали раствором повидон-йода, а перед окончательным ее закрытием препаратом обрабатывали кожу вокруг разреза [47]. Адаптировав эту идею к поверхностям имплантатов, H. Tsuchiya et al. [48] провели клиническое исследование, в которое включили 222 пациента с послеоперационной инфекцией, в комплексном лечении которых использовали титановые имплантаты с йодной подложкой. Такие имплантаты показали свою эффективность в профилактике и лечении инфекции, связанной с ортопедическими вмешательствами. T. Shirai et al. [49] показали значимое снижение частоты инфекции, связанной с остеосинтезом, при использовании обработанных йодом внутренних и внешних фиксаторов. Толщина пленки анодного оксида составляла от 10 мкм, с более чем 50 000 пор/мм2 и способностью удерживать 10–12 мкг/см2 йода. T. Kabata et al. [50] также оценили клиническую эффективность и безопасность титановых имплантатов, покрытых йодом. Из 14 случаев лечения ППИ и 13 случаев первичного тотального эндопротезирования у иммуносупрессивных пациентов ни в одном случае не было диагностировано инфекционных осложнений и не получено данных о проблемах, связанных с локальной токсичностью применения препаратов йода или с нарушением остеоинтеграции покрытых йодом имплантатов. Таким образом, можно отметить, что йод, как и наночастицы серебра, обладает определенным антибиопленочным потенциалом.
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что биопленкообразование — это естественный процесс существования микроорганизмов в окружающей среде и в организме хозяина, обеспечивающий их выживание. Состояние биопленки позволяет бактериям быть толерантными к лечению антибиотиками и к воздействию факторов иммунной системы из-за структурной и метаболической гетерогенности, которая обусловлена одновременным сосуществованием микробных клеток в различных состояниях, сочетающимся с активным синтезом межклеточного матрикса. Кроме того, близость бактерий в состоянии биопленки индуцирует возможность обмена генами устойчивости к антибактериальным препаратам.
Одним из неблагоприятных последствий биопленочных инфекций является чрезмерное потребление антибактериальных препаратов (в основном без какого-либо терапевтического эффекта) в случае сохранения инфицированного имплантата, что также способствует прогрессированию устойчивости возбудителей к антибиотикам.
Профилактика образования пленок на поверхностях имплантатов представляется одним из перспективных методов борьбы с хроническими рецидивирующими имплантат-ассоциированными инфекциями. В травматологии и ортопедии в профилактических и терапевтических целях помимо системного и локального (в составе костного цемента) применения антибиотиков возможно использование различных материалов для создания имплантатов с определенными физическими и химическими свойствами поверхностей. Однако, несмотря на все оптимистичные результаты, большинство систем находятся на этапе изучения и их трудно масштабировать до отраслевых стандартов, что требует дальнейших исследований.
По-видимому, в идеале необходима технология, которая позволяет интегрировать биологическую защиту в конструкцию имплантата, обеспечивая пролонгированную антимикробную и антибиопленочную защиту в течение срока службы заменяющего протеза и не вызывая селекцию антибиотикоустойчивых штаммов бактерий.
2. Tande A.J., Patel R. Prosthetic joint infection. Clin Microbiol Rev. 2014;27:302–345. DOI: 10.1128/CMR.00111-13.
3. Masters E.A., Trombetta R.P., de Mesy Bentley K.L. et al. Evolving concepts in bone infection: redefining «biofilm», «acute vs. chronic osteomyelitis», «the immune proteome» and «local antibiotic therapy». Bone Res. 2019;15(7):20. DOI: 10.1038/s41413-019-0061-z.
4. Li C., Renz N., Trampuz A. Management of Periprosthetic Joint Infection. Hip Pelvis. 2018;30(3):138–146. DOI: 10.5371/hp.2018.30.3.138.
5. Lamret F., Colin M., Mongaret C. et al. Antibiotic Tolerance of Staphylococcus aureus Biofilm in Periprosthetic Joint Infections and Antibiofilm Strategies. Antibiotics (Basel). 2020;9(9):547. DOI: 10.3390/antibiotics9090547.
6. Божкова С.А., Краснова М.В., Полякова Е.М. и др. Способность к формированию биопленок у клинических штаммов S. aureus и S. epidermidis. Клин микробиол антимикроб химиотер. 2014;16(2):149–156. [Bozhkova S.A., Krasnova M.V., Polyakova E.M. et al. Biofilm Formation by Clinical Isolates of S. aureus and S. epidermidis in Prosthetic Joint Infection. Klin mikrobiol antimikrob khimioter. 2014;16(2):149–156 (in Russ.)].
7. Божкова С.А., Тихилов Р.М., Разоренов В.Л. и др. Микробиологические аспекты антибактериальной терапии парапротезной инфекции, вызванной грамположительными возбудителями. Инфекции в хирургии. 2011;3:31–36. [Bozhkova S.A., Tikhilov R.M., Razorenov V.L. et al. Microbiological aspects of antibacterial therapy of paraprosthetic infection caused by gram-positive pathogens. Infections in surgery. 2011;3:31–36 (in Russ.)].
8. Божкова С.А., Новокшонова А.А., Конев В.А. Современные возможности локальной антибиотикотерапии перипротезной инфекции и остеомиелита (обзор литературы). Травматология и ортопедия России. 2015;3:92–107. [Bozhkova S.A., Novokshonova A.A., Konev V.A. Current trends in local antibacterial therapy of periprosthetic infection and osteomyelitis. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2015;3:92–107 (in Russ.)]. DOI: 10.21823/2311-2905-2015-0-3-92-107.
9. Flemming H.C., Wingender J., Szewzyk U. et al. Biofilms: an emergent form of bacterial life. Nat Rev Microbiol. 2016;14:563–575. DOI: 10.1038/nrmicro.2016.94.
10. Чеботарь И.В. Механизмы антибиопленочного иммунитета. Вестник РАМН. Актуальные вопросы иммунологии. 2012;12:22–29. [Chebotar’ I.V. Mechanisms of antibiofilm immunity. Annals of the Russian academy of medical sciences. 2012;67(12):22–29 (in Russ.)]. DOI: 10.15690/vramn.v67i12.477.
11. Чеботарь И.В., Маянский А.Н., Маянский Н.А. Матрикс микробных биопленок. Клин микробиол антимикроб химиотер. 2016;18(1):9–19. [Tchebotar I.V., Mayanskiy A.N., Mayanskiy N.A. Matrix of Microbial Biofilms. Klin mikrobiol antimikrob khimioter. 2016;18(1):9–19 (in Russ.)].
12. Olsen I. Biofilm-specific antibiotic tolerance and resistance. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2015;34(5):877–886. DOI: 10.1007/s10096-015-2323-z.
13. Crabbе A., Jensen P.О., Bjarnsholt T., Coenye T. Antimicrobial tolerance and metabolic adaptations in microbial biofilms. Trends Microbiol. 2019;27(10):850–863. DOI: 10.1016/j.tim.2019.05.003.
14. Peyrusson F., Varet H., Nguyen T.K. et al. Intracellular Staphylococcus aureus persisters upon antibiotic exposure. Nat Commun. 2020;11(1):2200. DOI: 10.1038/s41467-020-15966-7.
15. Loss G., Simões P.M., Valour F. et al. Staphylococcus aureus Small Colony Variants (SCVs): News From a Chronic Prosthetic Joint Infection. Front Cell Infect Microbiol. 2019;9:363. DOI: 10.3389/fcimb.2019.00363.
16. Waters E.M., Rowe S.E., O’Gara J.P., Conlon B.P. Convergence of Staphylococcus aureus persister and biofilm research: can biofilms be defined as communities of adherent persister cells? PLoS Pathog. 2016;12(12):e1006012. DOI: 10.1371/journal.ppat.1006012.
17. Arciola C.R., Campoccia D., Montanaro L. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion. Nat Rev Microbiol. 2018;16(7):397–409. DOI: 10.1038/s41579-018-0019-y.
18. Tashiro Y., Eida H., Ishii S. et al. Generation of Small Colony Variants in Biofilms by Escherichia coli Harboring a Conjugative F Plasmid. Microbes Environ. 2017;32(1):40–46. DOI: 10.1264/jsme2.ME16121.
19. Mangiaterra G., Cedraro N., Vaiasicca S. et al. Role of Tobramycin in the Induction and Maintenance of Viable but Non-Culturable Pseudomonas aeruginosa in an In Vitro Biofilm Model. Antibiotics (Basel). 2020;10;9(7):399. DOI: 10.3390/antibiotics9070399.
20. 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. [Bozhkova S.A., Kasimova A.R., Tikhilov R.M. et al. Adverse Trends in the Etiology of Orthopedic Infection: Results of 6-Year Monitoring of the Structure and Resistance of Leading Pathogens. Traumatology and Orthopedics of Russia. 2018;24(4):20–31 (in Russ.)]. DOI: 10.21823/2311-2905-2018-24-4-20-31.
21. Бабушкина И.В., Ульянов В.Ю., Бондаренко А.С., Мамонова И.А. Сравнительная способность к формированию биопленок in vitro штаммами стафилококка, выделенными при имплантат-ассоциированной инфекции и воспалительных осложнениях реконструктивно-пластических операций. Вестник экспериментальной и клинической хирургии. 2019;12(4)254–260. [Babushkina I.V., Ulyanov V.Yu., Bondarenko A.S., Mamonova I.A. Relative Ability to form Biofims in Vitro of Staphylococcus Strains Isolated at Implant-Associated Infection and Inflmmatory Complications Following Reconstructive Plastic Surgeries. Journal of experimental and clinical surgery. 2019;12(4):254–260 (in Russ.)]. DOI: 10.18499/2070-478X-2019-12-4-254-260.
22. Masters E.A., Trombetta R.P., de Mesy Bentley K.L. et al. Evolving concepts in bone infection: redefining «biofilm», «acute vs. chronic osteomyelitis», «the immune proteome» and «local antibiotic therapy». Bone Res. 2019;7:20. DOI: 10.1038/s41413-019-0061-z.
23. Gristina A.G. Biomaterial-centered infection: microbial adhesion versus tissue integration. Science. 1987;237:1588–1595. DOI: 10.1126/science.3629258.
24. Antoci V. Jr, Adams C.S., Parvizi J. et al. Covalently attached vancomycin provides a nanoscale antibacterial surface. Clin Orthop Relat Res. 2007;461:81–87. DOI: 10.1097/BLO.0b013e3181123a50.
25. Romanò C.L., Scarponi S., Gallazzi E. et al. Antibacterial coating of implants in orthopaedics and trauma: a classification proposal in an evolving panorama. J Orthop Surg Res. 2015;10:157. DOI: 10.1186/s13018-015-0294-5.
26. Helmus M.N., Gibbons D.F., Cebon D. Biocompatibility: meeting a key functional requirement of next-generation medical devices. Toxicol Pathol. 2008;36(1):70–80. DOI: 10.1177/0192623307310949.
27. Del Curto B., Brunella M.F., Giordano C. et al. Decreased bacterial adhesion to surface-treated titanium. Int J Artif Organs. 2005;28(7):718–730. DOI: 10.1177/039139880502800711.
28. Ferraris S., Truffa Giachet F., Miola M. et al. Nanogrooves and keratin nanofi bers on titanium surfaces aimed at driving gingival fibroblasts alignment and proliferation without increasing bacterial adhesion. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2017;76:1–12. DOI: 10.1016/j.msec.2017.02.152.
29. Lorenzetti M., Dogša I., Stošicki T. et al. The influence of surface modification on bacterial adhesion to titanium-based substrates. ACS Appl Mater Interfaces. 2015;7(3):1644–1651. DOI: 10.1021/am507148n.
30. Stigter M., Bezemer J., de Groot K., Layrolle P. Incorporation of different antibiotics into carbonated hydroxyapatite coatings on titanium implants, release and antibiotic efficacy. J Control Release. 2004;99(1):127–137. DOI: 10.1016/j.jconrel.2004.06.011.
31. Stigter M., de Groot K., Layrolle P. Incorporation of tobramycin into biomimetic hydroxyapatite coating on titanium. Biomaterials. 2002;23(20):4143–4153. DOI: 10.1016/S0142-9612(02)00157-6.
32. Hayakawa T., Yoshinari M., Nemoto K. Characterization and protein-adsorption behavior of deposited organic thin film onto titanium by plasma polymerization with hexamethyldisiloxane. Biomaterials. 2004;25(1):119–127. DOI: 10.1016/S0142-9612(03)00484-8.
33. Murray W.R. Use of antibiotic-containing bone cement. Clin Orthop Relat Res. 1984;190:89–95. DOI: 10.1097/00003086-198411000-00013.
34. Brackman G., Coenye T. Quorum sensing inhibitors as antibiofilm agents. Curr Pharm Des. 2015;21(1):5–11. DOI: 10.2174/1381612820666140905114627.
35. Sa Y., Wang M., Deng H. et al. Beneficial effects of biomimetic nano-sized hydroxyapatite/antibiotic gentamicin enriched chitosanglycerophosphate hydrogel on the performance of injectable polymethylmethacrylate. The Royal Society of Chemistry. 2015;5:91082–91092. DOI: 10.1039/C5RA15915F.
36. Jung W.K., Koo H.C., Kim K.W. et al. Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Appl Environ Microbiol. 2008;74(7):2171–2178. DOI: 10.1128/AEM.02001-07.
37. Brennan S.A., Ní Fhoghlú C., Devitt B.M. et al. Silver nanoparticles and their orthopaedic applications. Bone Joint J. 2015;97-B(5):582–589. DOI: 10.1302/0301-620X.97B5.33336.
38. Harrasser N., Jüssen S., Banke I.J. et al. Antibacterial efficacy of titanium-containing alloy with silver-nanoparticles enriched diamond-like carbon coatings. AMB Express. 2015;5(1):77. DOI: 10.1186/s13568-015-0162-z.
39. Aurore V., Caldana F., Blanchard M. et al. Silver-nanoparticles increase bactericidal activity and radical oxygen responses against bacterial pathogens in human osteoclasts. Nanomedicine. 2018;14(2):601–607. DOI: 10.1016/j.nano.2017.11.006.
40. Qin H., Cao H., Zhao Y. et al. In vitro and in vivo anti-biofilm effects of silver nanoparticles immobilized on titanium. Biomaterials. 2014;35:9114–125. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2014.07.040.
41. Zhao Y., Cao H., Qin H. et al. Balancing the Osteogenic and Antibacterial Properties of Titanium by Codoping of Mg and Ag: An in Vitro and in Vivo Study. ACS Appl Mater Interfaces. 2015;7(32):17826–17836. DOI: 10.1021/acsami.5b04168.
42. Kalishwaralal K., BarathManiKanth S., Pandian S.R. et al. Silver nanoparticles impede the biofilm formation by Pseudomonas aeruginosa and Staphylococcus epidermidis. Colloids Surf B Biointerfaces. 2010;79(2):340–344. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2010.04.014.
43. Slane J., Vivanco J., Rose W. et al. Mechanical, material, and antimicrobial properties of acrylic bone cement impregnated with silver nanoparticles. Mater Sci Eng C Mater Biol Appl. 2015;48:188–196. DOI: 10.1016/j.msec.2014.11.068.
44. Wang J., Li J., Qian S. et al. Antibacterial surface design of titanium-based biomaterials for enhanced bacteria-killing and cell-assisting functions against periprosthetic joint infection. ACS Appl Mater Interfaces. 2016;8(17):11162–11178. DOI: 10.1021/acsami.6b02803.
45. Fayaz A.M., Balaji K., Girilal M. et al. Biogenic synthesis of silver nanoparticles and their synergistic effect with antibiotics: a study against gram-positive and gram-negative bacteria. Nanomedicine. 2010;6(1):103–109. DOI: 10.1016/j.nano.2009.04.006.
46. Naqvi S.Z.H., Kiran U., Ali M.I. et al. Combined efficacy of biologically synthesized silver nanoparticles and different antibiotics against multidrug-resistant bacteria. Int J Nanomedicine. 2013;8:3187–3195. DOI: 10.2147/IJN.S49284.
47. Brown N.M., Cipriano C.A., Moric M. et al. Dilute betadine lavage before closure for the prevention of acute postoperative deep periprosthetic joint infection. J Arthroplasty. 2012;27(1):27–30. DOI: 10.1016/j.arth.2011.03.034.
48. Tsuchiya H., Shirai T., Nishida H. et al. Innovative antimicrobial coating of titanium implants with iodine. J Orthop Sci. 2012;17:595–604. DOI: 10.1007/s00776-012-0247-3.
49. Shirai T., Watanabe K., Matsubara H. et al. Prevention of pin tract infection with iodine-supported titanium pins. J Orthop Sci. 2014;19:598–602. DOI: 10.1007/s00776-014-0561-z.
50. Kabata T., Maeda T., Kajino Y. et al. Iodine-Supported Hip Implants: Short Term Clinical Results. Biomed Res Int. 2015;2015:368124. DOI: 10.1155/2015/368124.
Контент доступен под лицензией Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
