PRP som en ny metod för att förhindra infektion: Förberedelser och<em> In vitro</em> Antimikrobiella egenskaper hos PRP
Summary
Implantat-associerad infektion är en signifikant klinisk komplikation. Denna studie beskriver en metod med blodplättsrik plasma (PRP) för att förhindra implantat-associerade infektioner presenterar protokollet för att förbereda PRP med konstant blodplättskoncentration, och rapporterar de nyligen identifierade antimikrobiella egenskaper PRP och relaterade protokoll för att undersöka sådana antimikrobiella egenskaper<em> In vitro.</em
Abstract
Implantat-associerad infektion blir mer och mer utmanande att sjukvården i världen på grund av ökande antibiotikaresistens, överföring av antibiotikaresistenta bakterier mellan djur och människor, och de höga kostnaderna för behandling av infektioner.
I denna studie beskriver vi en ny strategi som kan vara effektiva för att förhindra implantat-associerad infektion baserad på de potentiella antimikrobiella egenskaperna hos blodplättsrik plasma (PRP). På grund av dess väl studerade egenskaper för att främja läkning har PRP (en biologisk produkt) alltmer används för kliniska tillämpningar, inbegripet ortopedisk kirurgi, periodontala och muntliga operationer, maxillofacial kirurgi, plast operationer, idrottsmedicin, etc.
PRP kan vara ett avancerat alternativ till konventionella antibiotikabehandlingar att förebygga implantat-associerade infektioner. Användningen av PRP kan vara fördelaktig jämfört med konventionella antibiotiska behandlingar since PRP är mindre troligt att framkalla antibiotikaresistens och PRP s antimikrobiella och helande-främja egenskaper kan ha en synergistisk effekt på infektionsbekämpning. Det är väl känt att patogener och mänskliga celler racing för implantatytor, och PRP: s egenskaper för att främja läkning kunde förbättra människors cellvidhäftning varigenom oddsen för infektion. Dessutom är PRP sig biokompatibel och säker och fri från risken för smittsamma sjukdomar.
För vår studie har vi valt flera kliniska bakteriestammar som är vanliga i ortopediska infektioner och undersökte om PRP har in vitro antimikrobiella egenskaper mot dessa bakterier. Vi har förberett PRP med en dubbelt centrifugering strategi som gör det möjligt för samma blodplättskoncentration kan erhållas för samtliga prover. Vi har uppnått konsekvent antimikrobiella fynd och fann att PRP har starka in vitro antimikrobiella egenskaper mot bakterier som methicillin-känslig och meticillinresistenta Staphylococcus aureus, grupp A-streptokocker, och Neisseria gonorrhoeae. Därför kan användningen av PRP har potential att förhindra infektion och minska behovet av kostsamma postoperativ behandling av implantat-infektioner.
Introduction
Implantat-associerad infektion är en signifikant klinisk komplikation. Staphylococcus aureus (S. aureus) är en av de vanligaste mikroorganismer som isolerats från implantat-associerade infektioner. Det är kapabel att producera en biofilm som täcker ytorna av implantat och kan leda till antibiotika-resistenta infektioner 1,2. Behandling av implantat-associerade infektioner kräver ofta långvarig sjukhusvård för upprepade debridements och långvarig parenteral antibiotikabehandling. I antibiotikaresistenta fall kan avlägsnande av implantatet vara nödvändig. Den ökande bakteriers resistens mot antibiotika har också hänvisat till Centers for Disease Control and Prevention (CDC) som "en av världens mest akuta hälsoproblem." Med tiden utan att utveckla nya och effektiva antimikrobiella behandlingar, är det möjligt att multiresistenta patogener är behandlingsbart med konventionella antibiotika. Förebyggande av implantat-associeradeinfektion är därför viktigt och nya profylaktiska medel eller metoder behövs för att förhindra sådana infektioner.
Blodplättsrik plasma (PRP) är en koncentration av autologt blod som innehåller över 30 tillväxtfaktorer som kan hjälpa till med ben och bentransplantat helande 3-5. Tillämpningen av PRP för att förbättra benuppbyggnad och mjukvävnad mognad har alltmer rapporterats i kliniker på grund av dess höga koncentration av olika tillväxtfaktorer som frisätts av trombocyter.
Flera egenskaper hos PRP indikerar att PRP även kan ha antimikrobiella egenskaper 6-9. PRP innehåller ett stort antal blodplättar, en hög koncentration av leukocyter (som kan ha värd-försvar åtgärder mot bakterier och svampar), och flera antimikrobiella peptider 7,8,10. I en nyligen genomförd studie av en stor kohort av hjärt kirurgiska patienter visade det sig att intraoperativ användning av PRP-gel under tillslutning av sår betyär markant minskade förekomsten av ytlig och djup bröstbenet infektion 11. Av dessa skäl och observationer, hypotes vi att PRP, förutom de väl studerade läkande-främjande egenskaper har antimikrobiella egenskaper. De potentiella fördelarna med att använda PRP för att förhindra infektion kan innefatta: (i) PRP är mindre troligt att framkalla resistens jämfört med konventionella antibiotikabehandlingar. (Ii) PRP har också egenskaper som främjar läkning, som kan ha en synergistisk effekt på infektionsbekämpning, PRP helande-främja egenskaper kan ge en tätning för att förhindra bakteriell infästning därigenom minska oddsen för infektion som patogener och mänskliga celler racing för implantatytor 12 , 13. (Iii) PRP är i sig biokompatibel och säker och fri från risken för smittsamma sjukdomar.
Vårt långsiktiga mål är att använda PRP som en ny strategi för att förhindra implantat-associerade infections. Syftet med denna studie var att förbereda PRP med en dubbelt centrifugering tillvägagångssätt att undersöka PRP s in vitro antimikrobiella egenskaper, och beskriva protokollen för utvärdering av sådana antimikrobiella egenskaper.
Protocol
Representative Results
Discussion
Trombocytrik plasma har blivit allt vanligare för kliniska tillämpningar på grund av dess läkande-främjande egenskaper 15-17. I den aktuella studien har PRP presenteras som en ny strategi för infektionsbekämpning. PRP befanns ha starka antimikrobiella egenskaper mot MRSA, MSSA, grupp A-streptokocker, och Neisseria gonorrhoeae. De stora fördelarna med PRP, jämfört med konventionella antibiotikabehandlingar för infektionsbekämpning inkluderar: (1) Aktuella antibiotika behandlingar …
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Författarna tackar Therwa Hamza, John E. Tidwell, Nina Clovis, och Suzanne Smith för experimentell stöd och Suzanne Smith för korrekturläsning. Författarna tackar också John Thomas, PhD för att ge de bakteriella kliniska isolat och John B. Barnett, PhD för hans stöd och användningen av den biologiska säkerheten labbet vid institutionen för mikrobiologi, immunologi och cellbiologi vid West Virginia University. Författarna erkänner ekonomiskt stöd från Osteosyntesmaterial och Trauma Care Foundation och National Science Foundation (# 1.003.907). Mikroskop experiment och bildanalys utfördes också i West Virginia University Imaging Facility, som stöds delvis av Mary Babb Randolph Cancer Center och NIH bidrag P20 RR016440.
Djur används för blod drar godkändes av West Virginia University Institutional Animal Care och användning kommittén. Alla experiment utfördes i enlighet med alla relevanta guidelines, förordningar och tillsynsmyndigheter.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalog Number | Comments |
| Bovine thrombin | King Pharmaceuticals, Inc | 60793-215-05 | Thrombin (bovine origin) |
| Calcium chloride | King Pharmaceuticals, Inc | 60793-215-05 | 10% calcium chloride |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | E7023 | |
| Isoflurane | Baxter | 1001936060 | |
| Mueller Hinton broth | Becton, Dickinson and Company | 275710 | |
| Phosphate-buffered saline | Sigma-Aldrich | D8662 | |
| Tri-sodium citrate | Sigma-Aldrich | W302600 | |
| Tryptic soy agar | Fisher Scientific | R01202 | |
| Centrifuge | Kendro Laboratory Products | 750043077 | |
| Syringe filter | Millipore | SLGP033RS |
Referências
- Gristina, A. G. Biomaterial-centered infection: microbial adhesion versus tissue integration. Science. 237, 1588-1595 (1987).
- Gristina, A. G., Costerton, J. W. Bacterial adherence to biomaterials and tissue. The significance of its role in clinical sepsis. J. Bone Joint Surg. Am. 67, 264-273 (1985).
- Everts, P. A., et al. Reviewing the structural features of autologous platelet-leukocyte gel and suggestions for use in surgery. Eur. Surg. Res. 39, 199-207 (2007).
- Marx, R. E. Platelet-rich plasma (PRP): what is PRP and what is not PRP. Implant. Dent. 10, 225-228 (2001).
- Toscano, N., Holtzclaw, D. Surgical considerations in the use of platelet-rich plasma. Compend. Contin. Educ. Dent. 29, 182-185 (2008).
- Cieslik-Bielecka, A., Gazdzik, T. S., Bielecki, T. M., Cieslik, T. Why the platelet-rich gel has antimicrobial activity?. Oral Surg. Oral Med. Oral Pathol. Oral Radiol. Endod. 103, 303-306 (2007).
- Yeaman, M. R. The role of platelets in antimicrobial host defense. Clin. Infect. Dis. 25, 951-970 (1997).
- Tang, Y. Q., Yeaman, M. R., Selsted, M. E. Antimicrobial peptides from human platelets. Infect Immun. 70, 6524-6533 (2002).
- El-Sharkawy, H., et al. Platelet-rich plasma: growth factors and pro- and anti-inflammatory properties. J. Periodontol. 78, 661-669 (2007).
- Krijgsveld, J., et al. Thrombocidins, microbicidal proteins from human blood platelets, are C-terminal deletion products of CXC chemokines. J. Biol. Chem. 275, 20374-20381 (2000).
- Trowbridge, C. C., et al. Use of platelet gel and its effects on infection in cardiac surgery. J. Extra Corpor. Technol. 37, 381-386 (2005).
- Gristina, A. G., Naylor, P., Myrvik, Q. Infections from biomaterials and implants: a race for the surface. Med. Prog. Technol. 14, 205-224 (1988).
- Subbiahdoss, G., Kuijer, R., Grijpma, D. W., vander Mei, H. C., Busscher, H. J. Microbial biofilm growth vs. tissue integration: “the race for the surface” experimentally studied. Acta Biomater. 5, 1399-1404 (2009).
- Klevens, R. M., et al. Invasive methicillin-resistant Staphylococcus aureus infections in the United States. JAMA. 298, 1763-1771 (2007).
- Foster, T. E., Puskas, B. L., Mandelbaum, B. R., Gerhardt, M. B., Rodeo, S. A. Platelet-rich plasma: from basic science to clinical applications. Am. J. Sports Med. 37, 2259-2272 (2009).
- Carlson, N. E., Roach, R. B. Platelet-rich plasma: clinical applications in dentistry. J. Am. Dent. Assoc. 133, 1383-1386 (2002).
- Man, D., Plosker, H., Winland-Brown, J. E. The use of autologous platelet-rich plasma (platelet gel) and autologous platelet-poor plasma (fibrin glue) in cosmetic surgery. Plast. Reconstr. Surg. 107, 229-237 (2001).
- Fridkin, S. K., et al. Epidemiological and microbiological characterization of infections caused by Staphylococcus aureus with reduced susceptibility to vancomycin, United States, 1997-2001. Clin. Infect. Dis. 36, 429-439 (1997).
- Jackson, C. R., Fedorka-Cray, P. J., Davis, J. A., Barrett, J. B., Frye, J. G. Prevalence, species distribution and antimicrobial resistance of enterococci isolated from dogs and cats in the United States. J. Appl. Microbiol. 107, 1269-1278 (2009).
- Murray, C. K., et al. Recovery of multidrug-resistant bacteria from combat personnel evacuated from Iraq and Afghanistan at a single military treatment facility. Mil. Med. 174, 598-604 (2009).
- Durr, M., Peschel, A. Chemokines meet defensins: the merging concepts of chemoattractants and antimicrobial peptides in host defense. Infect Immun. 70, 6515-6517 (2002).
- Hancock, R. E. Peptide antibiotics. Lancet. 349, 418-422 (1997).
- Dohan Ehrenfest, D. M., Rasmusson, L., Albrektsson, T. Classification of platelet concentrates: from pure platelet-rich plasma (P-PRP) to leucocyte- and platelet-rich fibrin (L-PRF). Trends Biotechnol. 27, 158-167 (2009).
- Kalen, A., Wahlstrom, O., Linder, C. H., Magnusson, P. The content of bone morphogenetic proteins in platelets varies greatly between different platelet donors. Biochem. Biophys. Res. Commun. 375, 261-264 (2008).
- Weibrich, G., Kleis, W. K., Hafner, G., Hitzler, W. E. Growth factor levels in platelet-rich plasma and correlations with donor age, sex, and platelet count. J. Craniomaxillofac. Surg. 30, 97-102 (2002).
- Mazzucco, L., Balbo, V., Cattana, E., Guaschino, R., Borzini, P. Not every PRP-gel is born equal. Evaluation of growth factor availability for tissues through four PRP-gel preparations: Fibrinet, RegenPRP-Kit, Plateltex and one manual procedure. Vox Sang. 97, 110-118 (2009).
- Lei, H., Gui, L., Xiao, R. The effect of anticoagulants on the quality and biological efficacy of platelet-rich plasma. Clin. Biochem. 42, 1452-1460 (2009).
- Redler, L. H., Thompson, S. A., Hsu, S. H., Ahmad, C. S., Levine, W. N. Platelet-rich plasma therapy: a systematic literature review and evidence for clinical use. Phys. Sportsmed. 39, 42-51 (2011).
- Whitman, D. H., Berry, R. L., Green, D. M. Platelet gel: an autologous alternative to fibrin glue with applications in oral and maxillofacial surgery. J. Oral Maxillofac. Surg. 55, 1294-1299 (1997).
- Anitua, E. Plasma rich in growth factors: preliminary results of use in the preparation of future sites for implants. Int. J. Oral Maxillofac. Implants. 14, 529-535 (1999).
- Whitman, D. H., Berry, R. L. A technique for improving the handling of particulate cancellous bone and marrow grafts using platelet gel. J. Oral. Maxillofac. Surg. 56, 1217-1218 (1998).
- Currie, L. J., Sharpe, J. R., Martin, R. The use of fibrin glue in skin grafts and tissue-engineered skin replacements: a review. Plast. Reconstr. Surg. 108, 1713-1726 (2001).
- Nikulin, A. A. Effect of calcium, thrombin and nucleotides (ADP, cAMP, cGMP) on blood platelet glycolysis and energy metabolism. Farmakol. Toksikol. 43, 585-590 (1980).
- Hantgan, R. R., Taylor, R. G., Lewis, J. C. Platelets interact with fibrin only after activation. Blood. 65, 1299-1311 (1985).
- Hantgan, R., Fowler, W., Erickson, H., Hermans, J. Fibrin assembly: a comparison of electron microscopic and light scattering results. Thromb. Haemost. 44, 119-124 (1980).
- Li, B., Jiang, B., Boyce, B. M., Lindsey, B. A. Multilayer polypeptide nanoscale coatings incorporating IL-12 for the prevention of biomedical device-associated infections. Biomaterials. 30, 2552-2558 (2009).
- Li, B., Jiang, B., Dietz, M. J., Smith, E. S., Clovis, N. B., Rao, K. M. K. Evaluation of local MCP-1 and IL-12 nanocoatings for infection prevention in open fractures. J. Orthop. Res. 28, 48-54 (2010).
- Boyce, B. M., Lindsey, B. A., Clovis, N. B., Smith, E. S., Hobbs, G. R., Hubbard, D. F., Emery, S. E., Barnett, J. B., Li, B. Additive effects of exogenous IL-12 supplementation and antibiotic treatment in infection prophylaxis. J. Orthop. Res. 30 (2), 196-202 (2012).
