Behandling med Vancomycin indlæst calciumsulfat og autogen knogle i en forbedret kanin Model af knoglen infektion
Summary
Denne undersøgelse præsenterer en forbedret kanin model smittet med Staphylococcus aureus ved at blokere den samme mængde af bakterier i knoglemarven. Vancomycin indlæst calciumsulfat og autogen knogle bruges til antibiotika og knogle reparation behandling. Protokollen kunne være nyttigt for at studere knoglen infektion og regenerering.
Abstract
Knoglen infektion resultaterne fra bakteriel invasion, som er meget vanskelige at behandle i klinisk, ortopædisk og traumatisk kirurgi. Knoglen infektion kan resultere i vedvarende inflammation, osteomyelitis og eventuel knogle ikke-union. Etablering af en gennemførlig, reproducerbare dyremodel er vigtigt for knogle infektion forskning og behandling med antibiotika. Som en in vivo model, er kanin modellen almindeligt anvendt i knoglen infektion forskning. Men tidligere undersøgelser på kanin knogle infektion modeller viste, at infektion status inkonsekvent, da mængden af bakterier var variabel. Denne undersøgelse præsenterer en forbedret kirurgiske metode for at fremkalde knoglen infektion på en kanin, ved at blokere bakterier i knoglemarven. Derefter, kan multi-level evalueringer udført efterprøvning det modellering.
Generelt er er debriding nekrotisk væv og implantation af vancomycin-loaded calciumsulfat (VCS) fremherskende i antibiotisk behandling. Calciumsulfat i VCS fordele osteocyte kravler og nye knoglevækst, opstå massive knogledefekter efter debriding. Autogen knogle (AB) er en tiltalende strategi for at overvinde knogledefekter til behandling af massive knogledefekter efter debriding nekrotisk knogle.
I denne undersøgelse brugte vi hale ben som en autogen knogle implanteret i knoglen defekt. Knogle reparation blev målt ved hjælp af mikro-beregnet-tomografi (mikro-CT) og histologiske analyse efter animalske offer. Som et resultat, i gruppen VCS blev knogle ikke-union konsekvent opnået. Derimod var knogle defekt områder i gruppen VCS-AB faldet betydeligt. Den nuværende modellering metode beskrevet en reproducerbar, gennemførlige, stabil metode for at forberede en knogle infektion model. VCS-AB behandlingen resulteret i lavere ben ikke-union efter behandling med antibiotika. Forbedret knoglen infektion model og kombinationsbehandling af VCS og autogen knogle kunne være nyttige i at studere de underliggende mekanismer i knoglen infektion og knogle regenerering relevant at traumatologi ortopædisk applikationer.
Introduction
Knoglen infektion resultater normalt fra bakterier eller andre mikroorganisme invasion efter traumer, knoglebrud eller andre knogle sygdomme1. Knoglen infektion kan fremkalde et højt niveau af betændelse og knogle væv destruktion. I klinikken er Staphylococcus aureus (S. aureus) den fremherskende agens af knoglen infektion2,3. Knoglen infektion er smertefuld og invaliderende, og ofte tager en kronisk kursus, der er meget vanskelige at behandle4. På nuværende tidspunkt er debridering af nekrotisk væv og implanterer af vancomycin-loaded calcium (VCS) perler blevet bekræftet som en effektiv strategi til styring af lokal infektion5,6. Men 10-15% af patienterne oplevede en langvarig knogle reparationsprocessen, forsinket heling, eller ikke-union efter anti-infektion behandling7. Det store segment af en knogle defekt er det vanskeligste problem for ortopædiske kirurger. En autolog knogletransplantation anses for optimal knogle udskiftning i knoglen ikke-union behandling8,9.
Til dato, de fleste af undersøgelser af knoglen er infektion og autolog knogle implantation blevet gennemført i forskellige former for dyremodeller, som rotter, kaniner, hunde, grise og får10,11. Kanin modeller er mest almindeligt anvendt til knoglen infektion undersøgelser, som første udført af Norden og Kennedy i 197012,13. I vores tidligere undersøgelse, brugte vi kanin modeller efter Nordens metode, og vi fandt, at mængden af S. aureus indsprøjtes i knoglemarven ikke kan kvantificeres præcist, som blodet siver ud af knoglemarven førte til bakterier løsning overløb.
Denne artikel præsenterer en forbedret kirurgiske metode for at fremkalde knoglen infektion på kaniner. I slutningen af proceduren, blev en blodprøve biokemi, en bakteriologisk undersøgelse og en histopatologisk undersøgelse udført for at kontrollere knoglen infektion model. Derefter, VCS blev implanteret for at hæmme infektion, og autogen knogle blev implanteret for at fremme bone regenerering.
Protocol
Representative Results
Discussion
I de tidligere undersøgelser, blev forskellige slags dyremodeller bygget for at studere både akutte og kroniske knoglen infektion; søgning efter den ideelle model eksisterer dog stadig17,18. Desuden forventes ideelle knoglen infektion model at simulere de patologisk Karakteristik af knoglen infektion i kliniske omgivelser, mens de modellering perioder, forblive lave omkostninger og let at gennemføre. Hidtil, er kanin knoglen infektion model den mest almindeli…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dette arbejde blev støttet af National Natural Science Foundation of China (81803808, 81873062), Zhejiang provinsens medicinsk og Sundhedsvidenskab og teknologi Fund (2017KY271) og videnskab og teknologi 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 |
Referências
- 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).
