Behandling med vankomycin lastade kalciumsulfat och autologt ben i en förbättrad kanin modell av benet infektion
Summary
Denna studie presenterar en förbättrad kanin modell infekterade med Staphylococcus aureus genom att blockera samma mängd bakterier i benmärgen. Vankomycin laddad kalciumsulfat och autologt ben används för antibiotika och ben reparation behandling. Protokollet kan vara till hjälp för att studera ben infektion och förnyelse.
Abstract
Benet infektion resultat från bakteriell invasion, som är mycket svår att behandla vid klinisk, ortopediska och traumatisk kirurgi. Ben infektionen kan leda till ihållande inflammation, osteomyelit och eventuella ben utanför unionen. Inrättandet av en genomförbar, reproducerbara djurmodell är viktigt att Ben infektionsforskning och antibiotikabehandling. Som en Invivo modell används kanin modellen ofta i ben infektionsforskning. Tidigare studier på kanin ben dock infektion modeller visade att infektionsstatus var inkonsekvent, eftersom mängden bakterier var variabel. Denna studie presenterar en förbättrad kirurgisk metod för att inducera benet infektion på en kanin, genom att blockera bakterier i benmärgen. Multi-Level utvärderingar kan sedan utföras för att verifiera metoden modellering.
I allmänhet är debriderande nekrotisk vävnad och implantation av vancomycin-loaded kalciumsulfat (VCS) dominerande i antibiotikabehandling. Även om kalciumsulfat i VCS gynnar osteocyte kryper och nya bentillväxt, förekomma massiva ben defekter efter debridering. Autologt ben (AB) är en tilltalande strategi för att övervinna ben defekter för behandling av massiva ben defekter efter debridering av nekrotisk ben.
I denna studie använde vi svans ben som ett autologt ben som implanteras i ben defekten. Ben reparation mättes med hjälp av mikro–datortomografi (mikro-CT) och histologisk analys efter djuroffer. Som ett resultat i gruppen VCS erhölls ben utanför unionen konsekvent. Däremot var de ben defekt områdena i gruppen VCS-AB minskade avsevärt. Den nuvarande modellering metoden beskrivs en reproducerbar, genomförbart, stabil metod för att förbereda en benet infektion modell. VCS-AB behandling resulterade i lägre ben utanför unionen efter antibiotikabehandling. Den förbättra benet infektion modellen och kombinationsbehandling av VCS och autologt ben kan vara till hjälp i att studera bakomliggande mekanismer i benet infektion och ben förnyelse relevant för traumatologi ortopediska applikationer.
Introduction
Ben-infektionen resulterar vanligt från bakterier eller andra mikroorganismer invasion efter trauma, benbrott eller andra ben sjukdomar1. Benet infektion kan inducera en hög grad av inflammation och ben vävnad förstörs. I kliniken är Staphylococcus aureus (S. aureus) det dominerande smittämnet av benet infektion2,3. Ben infektionen är smärtsam, försvagande, och tar ofta en kronisk kurs som är extremt svårt att behandla4. För närvarande har debridering av nekrotisk vävnad och implantation av vancomycin-loaded kalcium (VCS) pärlor bekräftats som en effektiv strategi för att styra lokal infektion5,6. Dock upplevde 10% till 15% av patienterna en långvarig ben reparationsprocessen, fördröjd unionen eller utanför unionen efter anti infektion behandling7. Det stora segmentet av ben defekt är den svåraste frågan för ortopeder. En autolog bentransplantat anses optimal ben ersättning i benet utanför unionen behandling8,9.
Hittills har de flesta studier på benet har infektion och autologt ben implantation genomförts i olika typer av djurmodeller, såsom råttor, kaniner, hundar, grisar och får10,11. Kanin-modeller används oftast för benet infektion studier, som uruppfördes av Norden och Kennedy 197012,13. I vår tidigare studie, vi använde kanin modeller efter Nordens metod, och vi fann att kvantiteten av S. aureus injiceras i benmärgen inte kunde kvantifieras exakt, så att blod läcker ut ur benmärgen ledde till bakterier lösning spill.
Denna artikel presenterar en förbättrad kirurgisk metod för att inducera benet infektion på kaniner. I slutet av förfarandet utfördes ett blodprov för biokemi, en bakteriologisk undersökning och en histopatologisk undersökning för att kontrollera ben infektion modell. Sedan VCS var inopererad för att förhindra infektion och autologt ben var inopererad för att främja ben.
Protocol
Representative Results
Discussion
I tidigare studier konstruerades olika typer av djurmodeller för att studera både akut och kronisk ben infektion; sökandet efter den perfekta modellen kvarstår dock fortfarande17,18. Dessutom förväntas perfekt ben infektion modellen simulera patologiska kännetecknen av benet infektion i klinisk miljö, medan modellering perioderna, förbli låg kostnad och enkel att genomföra. Hittills, är kanin ben infektion modellen den vanligaste modellen i inflammato…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Detta arbete stöddes av den National Natural Science Foundation Kina (81803808, 81873062), Zhejiang provinsiella medicinska och hälsa Science och Technology Fund (2017KY271) och vetenskap och teknik projekt i Zhejiang-provinsen (2017C 37181).
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).
