PRP als een nieuwe aanpak om infectie te voorkomen: Voorbereiding en<em> In vitro</em> Antimicrobiële eigenschappen van PRP
Summary
Implantaat-geassocieerde infectie is een significante klinische complicatie. Deze studie beschrijft een aanpak met bloedplaatjes-rijk plasma (PRP) van het implantaat-geassocieerde infecties, presenteert het protocol voor het bereiden PRP met constante concentratie van bloedplaatjes en rapporteert de nieuw geïdentificeerde antimicrobiële eigenschappen van PRP en bijbehorende protocollen voor de behandeling van dergelijke antimicrobiële eigenschappen<em> In vitro.</em
Abstract
Implantaat-geassocieerde infectie wordt steeds meer en meer uitdagend om de gezondheidszorg over de hele wereld als gevolg van toenemende resistentie tegen antibiotica, de overdracht van antibiotica resistente bacteriën tussen dieren en mensen, en de hoge kosten van de behandeling van infecties.
In deze studie beschrijven we een nieuwe strategie die effectief in het voorkomen implantaat geassocieerde infectie gebaseerd op de potentiële antimicrobiële eigenschappen van bloedplaatjesrijk plasma (PRP). Door zijn goed bestudeerde eigenschappen voor het bevorderen genezing heeft PRP (een biologisch product) steeds meer gebruikt voor klinische toepassingen zoals orthopedische operaties, periodontale en orale chirurgie, maxillofaciale chirurgie, plastische chirurgie, sportgeneeskunde, etc.
PRP kan een geavanceerd alternatief voor conventionele antibiotica voorkomen implantaat-geassocieerde infecties. Het gebruik van PRP voordelig kunnen zijn in vergelijking met conventionele antibiotica siNCE PRP is minder kans op resistentie tegen antibiotica te induceren en PRP's antimicrobiële en helende eigenschappen te kunnen een synergetisch effect op infectiepreventie hebben. Het is bekend dat ziekteverwekkers en menselijke cellen race voor implantaatoppervlakken en PRP eigenschappen bevorderen genezing kunnen menselijke celhechting verbeteren waardoor de kans op infectie. Daarnaast PRP is inherent biocompatibel, en veilig en vrij van het risico van overdraagbare ziekten.
Voor ons onderzoek hebben we gekozen een aantal klinische bacteriestammen die gewoonlijk worden aangetroffen in orthopedische infecties en onderzocht of PRP heeft in vitro antimicrobiële eigenschappen tegen deze bacteriën. Wij hebben PRP met tweemaal centrifugeren benadering waarmee dezelfde bloedplaatjesconcentratie worden verkregen voor alle monsters. We hebben bereikt consistente antimicrobiële bevindingen en vond dat PRP sterk is in vitro antimicrobiële eigenschappen tegen bacteriën, zoals methicillin-gevoelige en methicilline-resistente Staphylococcus aureus, groep A Streptococcus en Neisseria gonorrhoeae. Daarom kan het gebruik van PRP hebben het potentieel om infectie te voorkomen en de dure postoperatieve behandeling van implantaten geassocieerde infecties te verminderen.
Introduction
Implantaat-geassocieerde infectie is een belangrijk klinisch complicatie. Staphylococcus aureus (S. aureus) is een van de meest voorkomende micro-organismen geïsoleerd uit implantaten infecties. Het is in staat een biofilm de oppervlakken van implantaten omvat en kan leiden tot antibiotica-resistente infecties 1,2. Behandeling van implantaat-geassocieerde infectie vereist vaak langdurig verblijf in ziekenhuizen voor herhaalde debridements en langdurige parenterale antibiotische therapie. In antibiotica resistente gevallen kan verwijdering van het implantaat noodzakelijk. De stijgende resistentie van bacteriën tegen antibiotica is ook genoemd door de Centers for Disease Control en Prevention (CDC) als "een van de meest urgente in de wereld gezondheidsproblemen." In tijd, zonder de ontwikkeling van nieuwe en effectieve antimicrobiële behandelingen, is het mogelijk dat multiresistente pathogenen zullen onbehandelbaar met conventionele antibiotica. Preventie van implantaat-geassocieerdeinfectie is daarom belangrijk en nieuwe profylactische middelen of benaderingen nodig om een dergelijke infecties.
Bloedplaatjesrijk plasma (PRP) is een concentratie van autoloog bloed dat meer dan 30 groeifactoren die kunnen helpen met beenderen en graft healing 3-5 bevat. De toepassing van PRP om botregeneratie en zacht weefsel rijping bevorderen wordt steeds meer gerapporteerd in klinieken vanwege de hoge concentratie van verschillende groeifactoren vrijgegeven door bloedplaatjes.
Verscheidene kenmerken van PRP aan dat PRP ook kunnen antimicrobiële eigenschappen 6-9. PRP bevat een groot aantal bloedplaatjes, een hoge concentratie leukocyten (die host-defensieve acties tegen bacteriën en schimmels bezitten) en meerdere antimicrobiële peptiden 7,8,10. In een recente studie van een groot cohort van cardiale chirurgische patiënten, werd onthuld dat het gebruik van intraoperatieve PRP-gel gedurende wondsluiting signiicantly daling van de incidentie van oppervlakkige en diepe borstbeen infectie 11. Om deze redenen en observaties, veronderstelden we dat PRP, naast de goed bestudeerde genezing bevorderende eigenschappen, antimicrobiële eigenschappen heeft. De potentiële voordelen van PRP om besmetting te voorkomen zijn: (i) PRP minder snel resistentie induceren in vergelijking met conventionele antibiotica. (Ii) PRP heeft ook eigenschappen die genezing die een synergistisch effect Infectiepreventie kunnen bevorderen; PRP genezende eigenschappen ervan zou een afdichting om bacteriële aanhechting te voorkomen waardoor de kansen voor infectie pathogenen en menselijke cellen zijn race voor implantaat oppervlakken 12 , 13. (Iii) PRP is inherent biocompatibel, en veilig en vrij van het risico van overdraagbare ziekten.
Onze lange-termijn doel is om PRP gebruiken als een nieuwe benadering van de implantaat-geassocieerde infecti voorkomenons. Het doel van deze studie was PRP bereiden met een tweemaal centrifugeren aanpak, PRP te onderzoeken in vitro antimicrobiële eigenschappen en de protocollen voor de beoordeling van dergelijke antimicrobiële eigenschappen te beschrijven.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bloedplaatjesrijk plasma wordt steeds meer gebruikt voor klinische toepassingen vanwege de genezing bevorderende 15-17. In de huidige studie werd PRP gepresenteerd als een nieuwe aanpak voor infectiepreventie. PRP bleek sterke antimicrobiële eigenschappen tegen MRSA, MSSA, Groep A Streptococcus en Neisseria gonorrhoeae zijn. De belangrijkste voordelen van PRP, in vergelijking met conventionele behandelingen met antibiotica, voor infectiepreventie zijn onder andere: (1) Huidige antibiotica t…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
De auteurs danken Therwa Hamza, John E. Tidwell, Nina Clovis, en Suzanne Smith voor experimentele bijstand en Suzanne Smith voor het proeflezen. De auteurs danken ook John Thomas, PhD voor het verstrekken van de bacteriële klinische isolaten en John B. Barnett, PhD voor zijn steun en het gebruik van de biologische veiligheid lab bij de afdeling Microbiologie, Immunologie en Celbiologie aan Universiteit van West Virginia. De auteurs erkennen financiële steun van de osteosynthese en Trauma Care Foundation en de National Science Foundation (# 1003907). Microscoop experimenten en beeldanalyse werden ook uitgevoerd in de Universiteit van West Virginia Imaging Facility, die gedeeltelijk ondersteund door de Mary Babb Randolph Cancer Center en NIH subsidie P20 RR016440.
Het gebruik van dieren voor bloed trekt werden goedgekeurd door de Universiteit van West Virginia Institutionele Animal Care en gebruik Comite. Alle experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met alle relevante guidelines, regelgeving en regelgevende agentschappen.
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 |
References
- 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).
