Behandlung mit Vancomycin Calcium-Sulfat und autogener Knochen in eine verbesserte Kaninchen-Modell der Knochenentzündung geladen
Summary
Diese Studie bietet eine verbesserte Kaninchen Modell durch die Blockierung der gleichen Menge an Bakterien im Knochenmark mit Staphylococcus Aureus infiziert. Vancomycin geladen-Calcium-Sulfat und autogener Knochen sind für Antibiotika und Knochen Repair-Behandlung verwendet. Das Protokoll könnte hilfreich für das Studium Knochenentzündung und Regeneration.
Abstract
Knochenentzündung entsteht durch bakterielle Invasion, die extrem schwierig ist, in der klinischen, orthopädischen und traumatischen Chirurgie zu behandeln. Die Knochenentzündung führen anhaltende Entzündung, Osteomyelitis und eventuelle Knochen Pseudarthrose. Einrichtung eine praktikable, reproduzierbare Tiermodell ist wichtig, die Infektionsforschung und antibiotische Behandlung Knochen. Als ein in-vivo-Modell ist das Kaninchen-Modell in der Infektionsforschung Knochen verbreitet. Frühere Studien über Kaninchen Knochen jedoch Infektionsmodelle zeigte, dass der Infektionsstatus widersprüchlich, da die Menge der Bakterien Variable war. Diese Studie bietet eine verbesserte chirurgische Methode zur Induktion Knochenentzündung auf ein Kaninchen, durch die Blockierung der Bakterien im Knochenmark. Mehrstufige Bewertungen können dann um zu überprüfen, die Modellierungsmethode durchgeführt werden.
In der Regel dominieren Debridement nekrotischen Gewebes und Implantation von Vancomycin-geladenen Calcium-Sulfat (VCS) in Behandlung mit Antibiotika. Obwohl Calcium-Sulfat in VCS Osteocyte kriechen und Knochenneubildung zugute kommt, treten massive Knochendefekte nach Debridement. Autogener Knochen (AB) ist eine attraktive Strategie Knochendefekte für die Behandlung von massiven Knochendefekte nach Debridement nekrotischen Knochens zu überwinden.
In dieser Studie wird das Steißbein als ein autogener Knochen implantiert in den Knochendefekt verwendet. Knochen-Reparatur wurde gemessen mit Mikro–Computertomographie (Mikro-CT) und histologische Analyse nach Tieropfer. Infolgedessen wurde in der VCS-Gruppe Knochen Pseudarthrose konsequent erhalten. Im Gegensatz dazu waren die Knochen defekt Bereiche in der VCS-AB-Gruppe deutlich verringert. Die vorliegenden Modellierungsmethode beschrieben eine reproduzierbare, machbare und stabile Methode, um eine Infektion Knochenmodell vorzubereiten. Die VCS-AB Behandlung führte zu niedrigeren Knochen Pseudarthrose Raten nach Behandlung mit Antibiotika. Das verbesserte Knochenmodell Infektion und die Kombinationsbehandlung von VCS und autogener Knochen könnten hilfreich bei der Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen in der Knochenregeneration Infektion und Knochen für orthopädische Traumatologie Anwendungen relevant sein.
Introduction
Knochen-Infektion führt in der Regel von Bakterien oder anderen Mikroorganismen Invasion nach Trauma, Frakturen oder anderen Knochen Krankheiten1. Knochenentzündung kann ein hohes Maß an Entzündungen und Knochen Zerstörung des Gewebes führen. In der Klinik ist Staphylococcus Aureus (S. Aureus) die vorherrschende Erreger von Knochen Infektion2,3. Die Knochenentzündung ist schmerzhaft, schwächende, und dauert oft einen chronischen Verlauf, der extrem schwer zu4zu behandeln ist. Derzeit haben Debridement von nekrotischen Gewebes und Implantation von Vancomycin-geladenen Kalzium (VCS) Perlen als eine effiziente Strategie für die Steuerung der lokalen Infektion5,6bestätigt worden. Allerdings erlebten 10 % bis 15 % der Patienten einen längeren Knochen-Reparatur-Prozess, verzögerter oder Pseudarthrose nach Anti-Infektion Behandlung7. Der Großteil der ein Knochendefekt ist das schwierigste Thema für orthopädische Chirurgen. Ein autologes Knochentransplantat gilt als die optimale Knochenersatzes in Knochen Pseudarthrose Behandlung8,9.
Bis heute wurden die meisten Studien auf Knochen wurden Infektion und Implantation von autologem Knochen in verschiedenen Tiermodellen, wie z. B. Ratten, Kaninchen, Hunde, Schweine und Schafe10,11durchgeführt. Kaninchen-Modelle sind am häufigsten für Knochen Infektion Studien, als erste von Norden und Kennedy in 197012,13durchgeführt. In unseren früheren Studie wir Kaninchen Modelle nach Norden Methode verwendet, und wir fanden, dass die Menge von S. Aureus in Knochenmark injiziert nicht genau quantifiziert werden konnte, da das Blut austreten aus dem Knochenmark zu Bakterien Lösung Überlauf geführt.
Dieser Artikel stellt eine verbesserte chirurgische Methode zur Induktion Knochenentzündung auf Kaninchen. Am Ende des Verfahrens wurden ein Bluttest Biochemie, eine bakteriologische Untersuchung und einer histologischen Untersuchung durchgeführt, um das Knochenmodell Infektion zu überprüfen. Dann VCS war implantiert, um Infektion zu verhindern, und autogener Knochen implantiert wurde, zur Förderung der Knochenregeneration.
Protocol
Representative Results
Discussion
In den bisherigen Studien wurden verschiedene Arten von Tiermodellen konstruiert, um sowohl akute und chronische Knochenentzündung zu studieren; die Suche nach dem idealen Modell weiterhin17,18. Darüber hinaus dürfte das ideale Knochenmodell Infektion zu simulieren die pathologischen Merkmale der Knochenentzündung im klinischen Umfeld, während die Modellierungen Perioden, bleiben, kostengünstig und einfach durchzuführen. So weit, Kaninchen Knochen Infektio…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Diese Arbeit wurde von der National Natural Science Foundation of China (81803808, 81873062), Zhejiang Provincial Medical und Health Science und Technology Fund (2017KY271) und der Wissenschaft und Technologie-Projekt der Provinz Zhejiang (2017 37181) unterstützt.
Materials
| absorbable surgical suture | Jinghuan | 18S0604A | |
| asepsis injector | Jinglong | 20170501 | |
| bone wax | ETHICON | JH5CQLM | |
| CCD camera | Olympus | DP72 | |
| EDTA-K2 anticoagulant blood vessel | XINGE | 20170802 | |
| Electric bone drill unit | Bao Kang | BKZ-1 | |
| Electric shaver | Codos | 3800 | |
| flexible silica gel mold | WRIGHT | 1527745 | |
| Hematoxylin and Eosin Staining Kit | Beyotime | 20170523 | |
| Luria-Bertani culture medium | Baisi Biothchnology | 20170306 | |
| Medical-grade calcium sulphate | WRIGHT | 1527745 | |
| microcomputed tomography (micro-CT) | Bruker | SkyScan 1172 | |
| Microscope | Olympus | CX41 | |
| New Zealand white rabbits | Zhejiang Experimental Animal Center | SCXK 2014-0047 | |
| No. 11 scalpel | Yuanlikang | 20170604 | |
| normal saline | Mingsheng | 20170903 | |
| PBS | TBD(Jingyi) | 20170703-0592 | |
| pentobarbital sodium | Merk | 2070124 | |
| povidone-iodinesolution | Lierkang | 20170114 | |
| S. aureus freeze drying powder | China General Microbiological Culture Collection Center | ATCC 6538 | |
| sheep blood agar | HuanKai Microbial | 3103210 | |
| tryptic soy agar plates | HuanKai Microbial | 3105697 | |
| tryptic soy broth tubes | HuanKai Microbial | 3104260 | |
| Vancomycin | Lilly | C599180 |
References
- Malizos, K. N. Global Forum: The Burden of Bone and Joint Infection: A Growing Demand for More Resources. Journal of Bone and Joint Surgery-American Volume. 99, 20 (2017).
- Peeters, O. Teicoplanin – based antimicrobial therapy in Staphylococcus aureus bone and joint infection: tolerance, efficacy and experience with subcutaneous administration. BMC Infectious Diseases. 16, 622 (2016).
- Sugaya, H., et al. Percutaneous autologous concentrated bone marrow grafting in the treatment for nonunion. European Journal of Orthopeadic Surgery and Traumatology. 24, 671-678 (2014).
- Birt, M. C., Anderson, D. W., Bruce, T. E., Wang, J. Osteomyelitis: Recent advances in pathophysiology and therapeutic strategies. Journal of Orthopeadics. 14, 45-52 (2017).
- Walter, G., Kemmerer, M., Kappler, C., Hoffmann, R. Treatment algorithms for chronic osteomyelitis. Deutsches Arzteblatt International. 109, 257-264 (2012).
- Henriksen, K., Neutzsky-Wulff, A. V., Bonewald, L. F., Karsdal, M. A. Local communication on and within bone controls bone remodeling. Bone. 44, 1026-1033 (2009).
- Mendoza, M. C., et al. The effect of vancomycin powder on bone healing in a rat spinal rhBMP-2 model. Journal of Neurosurgery Spine. 25, 147-153 (2016).
- Cohn Yakubovich, D., et al. Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts. Journal of Visualized Experiments. (106), e53459 (2015).
- Brecevich, A. T., et al. Efficacy Comparison of Accell Evo3 and Grafton Demineralized Bone Matrix Putties against Autologous Bone in a Rat Posterolateral Spine Fusion Model. Spine Journal. 17, 855-862 (2017).
- Jensen, L. K., et al. Novel porcine model of implant-associated osteomyelitis: A comprehensive analysis of local, regional, and systemic response. Journal of Orthopeadic Research. 35, 2211-2221 (2016).
- de Mesy Bentley, K. L., et al. Evidence of Staphylococcus Aureus Deformation, Proliferation, and Migration in Canaliculi of Live Cortical Bone in Murine Models of Osteomyelitis. Journal of Bone and Mineral Research. 32, 985-990 (2017).
- Norden, C. W., Kennedy, E. Experimental osteomyelitis. I: A description of the model. Journal of Infectious Diseases. 122, 410-418 (1970).
- Mistry, S., et al. A novel, multi-barrier, drug eluting calcium sulfate/biphasic calcium phosphate biodegradable composite bone cement for treatment of experimental MRSA osteomyelitis in rabbit model. Journal of Controlled Release. 239, 169-181 (2016).
- Bernthal, N. M., et al. Combined In vivo Optical and µCT Imaging to Monitor Infection, Inflammation, and Bone Anatomy in an Orthopaedic Implant Infection in Mice. Journal of Visualized Experiments. (92), e51612 (2014).
- Koeth, L. M., DiFranco-Fisher, J. M., McCurdy, S. A Reference Broth Microdilution Method for Dalbavancin In Vitro Susceptibility Testing of Bacteria that Grow Aerobically. Journal of Visualized Experiments. (103), e53028 (2015).
- Uttra, A. M., et al. Ephedra gerardiana aqueous ethanolic extract and fractions attenuate Freund Complete Adjuvant induced arthritis in Sprague Dawley rats by downregulating PGE2, COX2, IL-1β, IL-6, TNF-α, NF-kB and upregulating IL-4 and IL-10. Journal of Ethnopharmacology. 224, 482-496 (2018).
- Harrasser, N., et al. A new model of implant-related osteomyelitis in the metaphysis of rat tibiae. BMC Musculoskeletal Disorders. 17, 152 (2016).
- Abedon, S. T. Commentary: Phage Therapy of Staphylococcal Chronic Osteomyelitis in Experimental Animal Model. Frontiers in Microbiology. 7, 1251 (2016).
- Tan, H. L., Ao, H. Y., Ma, R., Lin, W. T., Tang, T. T. In vivo effect of quaternized chitosan-loaded polymethylmethacrylate bone cement on methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis infection of the tibial metaphysis in a rabbit model. Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 58, 6016-6023 (2014).
- Chiara, L., et al. Detection of Osteomyelitis in the Diabetic Foot by Imaging Techniques: A Systematic Review and Meta-analysis Comparing MRI, White Blood Cell Scintigraphy, and FDG-PET. Diabetes Care. 40, 1111-1120 (2017).
- Khalid, M., et al. Raman Spectroscopy detects changes in Bone Mineral Quality and Collagen Cross-linkage in Staphylococcus Infected Human Bone. Scientific Reports. 8, 9417 (2018).
- Putters, T. F., Schortinghuis, J., Vissink, A., Raghoebar, G. M. A prospective study on the morbidity resulting from calvarial bone harvesting for intraoral reconstruction. International Journal of Oral and Maxillofacial Surgery. 44, 513-517 (2015).
- Yin, J., Jiang, Y. Completely resorption of autologous skull flap after orthotopic transplantation: a case report. International Journal of Clinical and Experimental Medicine. 7, 1169-1171 (2014).
- Takehiko, S., et al. Preliminary results of managing large medial tibial defects in primary total arthroplasty: autogenous morcellised bone graft. International Orthopaedics. 41, 931-937 (2017).
