Acta Chir Orthop Traumatol Cech. 2016; 83(3):163-168 | DOI: 10.55095/achot2016/024
Aloplastické materiály z pohledu jejich citlivosti ke kolonizaci bakteriemiPůvodní práce
- 1 I. ortopedická klinika 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze a Fakultní nemocnice Motol, Praha
- 2 Mikrobiologický ústav Lékařské fakulty Masarykovy univerzity, Fakultní nemocnice u Sv. Anny, Brno
PURPOSE OF THE STUDY:
The alloplastic materials currently used for protective surface layers on implants were tested in vitro under microbiological laboratory conditions by contamination with microbial agents most frequently found in deep infection of total joint replacements. The objective was to find out how the resistance to bacterial colonisation was related to different surface finishes.
MATERIAL AND METHODS:
Each of 14 samples of alloplastic material currently used in the manufacture of orthopaedic implants was inoculated with each of the group of microorganisms most frequently infecting joint replacements; these were Staphylococcus aureus, Staphylococcus epidermidis, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecalis and Escherichia coli. At 24 hours of incubation, biofilms produced on sample surfaces were collected, stained with crystalline violet and assessed by spectrophotometry. The average value of biofilm absorbances (AV595) for the group of microorganism tested was taken as a basic characteristic of each material sample indicating its sensitivity to bacterial.
RESULTS:
Of the metal materials with smooth surface finish, Vitalium (AV595, 0.368) showed the lowest affinity to microbial colonisation; next was titanium (AV595, 0.459) and steel (AV595, 0.505). A significant increase in sensitivity to bacterial colonisation was recorded in all types of surface finish of steel (AV595, 0.571) and in titanium alloy with a rough surface texture (AV595, 0.737 to 1.676); p < 0.05. Porous titanium surfaces significantly increased material affinity to colonisation.
DISCUSSION:
Our study had certain limitations concerning in vitro evaluation of porous surfaces that have high affinity to bacterial colonisation. Porous titanium, and its hydroxyapatite layer in particular, considerably promotes osteoblast colonisation of the surface as well as implant osseointegration in the bone bed. Microorganisms therefore have no room for surface colonisation. Problematic may remain the surface parts outside contact with bone that keep their affinity to bacterial colonisation.
CONCLUSIONS:
The material of choice for cemented implants is Vitalium which, of all metal surfaces, has the lowest sensitivity to bacterial colonisation. The materials of choice for cementless implants are titanium alloys. However, an osteoactive surface not in contact with bone remains a problem. On the one hand, its roughness and porosity are crucial to good osseointegration, on the other hand, its affinity to bacterial colonisation is high.
Klíčová slova: alloplastic material, biofilm, joint replacement infection
Zveřejněno: 1. červen 2016 Zobrazit citaci
ACS | AIP | APA | ASA | Harvard | Chicago | Chicago Notes | IEEE | ISO690 | MLA | NLM | Turabian | Vancouver |
Reference
- AGGARWAL, V. K., BAKHSHI, H., ECKER, N. U., PARVIZI, J., GEHRKE, T., KENDOFF, D.: Organism-profile in periprosthetic joint infection: pathogens differ at two arthroplasty infection referral centers in Europe and in the United States. J. Knee Surg., 27: 399-406, 2014.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- ARENS, S., SCHLEGEL, U., PRINTZEN, G., ZIEGLER, W. J., PERREN, S. M., HANSIS, M.: Influence of materials for fixation implants on local infection. J. Bone Jt Surg., 78-B: 47-51, 1996.
Přejít k původnímu zdroji...
- BARTH, E., MYRVIK, Q. M., WAGNER, W., GRISTINA, A. G.: In vitro and in vivo comparative colonization of Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis on orthopaedic implant materials. Biomaterials, 10: 325-328.1989.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- CORDERO, J., MUNUERA, L., FOLGUEIRA, M. D.: Influence of metal implants on infection: an experimental study in rabbits., J. Bone Jt Surg., 76-B: 717-720, 1994.
Přejít k původnímu zdroji...
- CORDERO, J., MUNUERA, L., FOLGUEIRA, M. D.: The influence of the chemical composition and surface of the implant on infection. Injury, 27 (Suppl. 3): 1996.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- COSTERTON, J. W., STEWART, P. S., GREENBERG, E. P.: Bacterial biofilms: a common cause of persistent infections. Science, 284: 1318-1322, 1999.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- COSTERTON, J. W.: Biofilm theory can guide the treatment of device-related orthopaedic infections. Clin. Orthop. Relat. Res., 437: 7-11, 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- DALE, H., FENSTAD, A. M., HALLAN, G., HAVELIN, L. I., FURNES, O., OVERGAARD, S., PEDERSEN, A. B., KÄRRHOLM, J., GARELLICK, G., PULKKINEN, P., ESKELINEN, A., MÄKELÄ, K., ENGESAETER, L. B.: Increasing risk of prosthetic joint infection after total hip arthroplasty. Acta Orthop., 83: 449-458, 2012.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- FOSTER, T. J., GEOGHEGAN, J. A., GANESH, V. K., HOOK, M.: Adhesion, invasion and evasion: the many functions of the surface proteins of Staphylococcus aureus. Nat. Rev. Microbiol., 12: 49-62. 2014.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- GARVIN, K. L., HINRICHS, S. H., URBAN, J. A.: Emerging antibiotic-resistant bacteria: Their treatment in total joint arthroplasty. Clin. Orthop. Relat. Res., 369: 110-123, 1999.
Přejít k původnímu zdroji...
- GÓMEZ BARRENA, E., MEDEL, F., MOLINA-MANSO, D., ORTIZ-PÉREZ, A., CORDERO-AMPUERO, J., PUÉRTOLAS, J. A.: Bacterial adherence to separated modular components in joint prosthesis: a clinical study. J. Orthop. Res., 30: 1634-1639, 2012.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- GRISTINA, A. G., COSTERTON, J. W.: Bacterial adherence to biomaterials and tissue. J. Bone Jt Surg., 67-A: 264-273, 1985.
Přejít k původnímu zdroji...
- GRISTINA, A.G.: Biomaterial-centered infection: microbial adhesion versus tissue integration. Science, 237: 1588-1595,1987.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- JAHODA, D., SOSNA, A., LANDOR, I., VAVŘÍK, P., POKORNÝ, D.: Kanalizovaný artikulovaný spacer - funkční implantát pro řešení náhrady kyčelního kloubu. Acta Chir. ortop. Traum. čech., 71: 73-79, 2004.
- JAHODA, D., SOSNA, A., LANDOR, I., VAVŘÍK, P., POKORNÝ, D.: Řešení infekce náhrady kolenního kloubu u pacientů s revmatoidní arthritídou. Čes. Revmatol., 8: 83-90, 2000.
- JIRANEK, W.: Antibiotic-loaded cement in total hip replacement: current indications, efficacy, and complications. Orthopedics, 28 (Suppl.): 873-877. 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- KATSIKOGIANNI, M. G., MISSIRLIS, Y. F.: Interactions of bacteria with specific biomaterial surface chemistries under flow conditions. Acta Biomater., 6: 1107-1118, 2010.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- KINNARI, T. J., ESTEBAN, J., ZAMORA, N., FERNANDEZ, R., LÓPEZ-SANTOS, CV., YUBERO, F., MARISCAL, D., PUERTOLAS, J. A., GOMEZ-BARRENA, E.: Effect of surface roughness and sterilization on bacterial adherence to ultra-high molecular weight polyethylene. Clin. Microbiol Infect., 16: 1036-1041, 2010.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- KRAAY M. J, GOLDBERG V. M., FITZGERALD S. J., SALATA M. J.: Cementless two-staged total hip arthroplasty for deep periprosthetic infection. Clin. Orthop. Relat. Res., 441: 243-249, 2005.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- KURTZ S. M., LAU, E., WATSON, H., SCHMIER, J. K., PARVIZI, J.: Economic burden of periprosthetic joint infection in the United States. J. Arthroplasty, 27: 61-65, 2012.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LANDOR, I., VAVŘÍK, P., JAHODA, D., POKORNÝ, D., BALLAY R., SOSNA, A.: Dlouhodobé zkušenosti s kombinovaným hydroxyapatitovým povrchem ARBOND v osteointegraci implantátu. Acta Chir. ortop. Traum. čech., 76: 172-178, 2009.
Přejít k původnímu zdroji...
- LANDOR, I., VAVŘÍK, P., SOSNA, A., JAHODA, D., HAHN, H. DANIEL, M.: Hydroxyapatide porous coating and the osteointegration of the total hip replacement. Arch. Orthop., Trauma Surg., 127: 81-89, 2007.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LAVERTY, G., GORMAN, S. P., GILMORE, B. F.: Biomolecular mechanisms of staphylococcal biofilm formation. Future Microbiol., 8: 509-524, 2013.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LEMIRE, J. A., HARRISON, J. J., TURNER, R. J.: Antimicrobial activity of metals: mechanisms, molecular targets and applications. Nat. Rev. Microbiol., 11: 371-384, 2013.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- LINDEQUE, B., HARTMAN, Z., NOSHCHENKO, A., CRUSE, A.: Infection after primary total hip arthroplasty. Orthopedics, 37: 257-265, 2014.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- MIJNENDONCKX, K., LEYS, N., MAHILLON, J., SILVER, S., VAN HOUDT, R.: Antimicrobial silver: uses, toxicity and potential for resistance. Biometals., 26: 609-621, 2013.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- OGA, M., ARIZONO, T., SUGIOKA, Y.: Bacterial adherence to bioinert and bioactive materials studied in vitro. Acta Orthop. Scand., 64: 273-276, 1993.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- PETTY, W., SPANIER, S., SHUSTER, J. J., SILVERTHOME, C.: The influence of skeletal implants on incidence of infection. J. Bone Jt Surg., 67-A: 1236-1244, 1985.
Přejít k původnímu zdroji...
- PITARRESI, G., PALUMBO, F. S., CALASCIBETTA, F., FIORICA, C., DI STEFANO, M., GIAMMONA, G.: Medicated hydrogels of hyaluronic acid derivatives for use in orthopedic field. Int. J. Pharm., 449: 84-94, 2013.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- RŮŽIČKA, F., HOLÁ V., VOTAVA M., TEJKALOVÁ R., HORVÁTH R., HEROLDOVÁ M., WOZNICOVÁ V.: Biofilm detection and the clinical significance of Staphylococcus epidermidis isolates. Folia Microbiol., 49: 596-600, 2004.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- SINHA, R. K.: Hip replacement: current trends and controversies. New York, Marcel Dekker 2002, 428.
Přejít k původnímu zdroji...
- STOODLEY, P., EHRLICH, G. D., SEDGHIZADEH, P. P., HALLSTOODLEY, L., BARATZ, M. E., ALTMAN, D. T.: Orthopaedic biofilm infections. Curr. Orthop. Pract., 22: 558-563, 2011.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- TOMS, A. D., DAVIDSON, D., MASRI, B. A., DUNCAN, C. P.: Themanagementofperi-prosthetic infection in total joint arthroplasty. J. Bone Jt Surg., 88-B: 149-155, 2006.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...
- VAVŘÍK, P., LANDOR, I., POPELKA, S., FIALKA, R., HACH, J.: Hip joint replacements selected outputs and their analysis for the period 2003-2012. Acta Chir. ortop. Traum. čech., 81 (Suppl.): 2014.
- ZMISTOWSKI, B., KARAM J. A., DURINKA, J. B., CASPER, D. S., PARVIZI, J.: Periprosthetic Joint infection increases the risk of one-year mortality. J. Bone Jt Surg., 95-A: 2177-2184, 2013.
Přejít k původnímu zdroji...
Přejít na PubMed...