Antibacterial Activity of Antibiotic-Impregnated Bone Cement Based Coatings Against Microorganisms with Different Antibiotic Resistance Levels

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Purpose — to evaluate the presence and duration of antibiotic activity of antibiotic-impregnated bone cement based coatings samples against antibiotic-sensitive and antibiotic-resistant microorganisms.

Material and Methods. Bone cement based coatings impregnated with antibiotics (gentamycin, vancomycin, colistin, meropenem, fosfomycin) are formed on titanium (Ti) plates. A plate rinse was carried out; antibiotic concentrations in the rinsed solutions were estimated by a serial broth microdilution method. Antibacterial activity of the control and rinsed samples against the antibiotic-sensitive and multiple-antibiotic-resistant Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa strains was estimated by a bilayer agar method.

Results. The meropenem and fosfomycin concentrations in the rinsed solutions obtained at a one-fold (16 μg/ml for both antibiotics) and two-fold treatment (2 μg/ml for meropenem and 8 μg/ml for fosfomycin) were sufficient to suppress the growth of the control strains. One-fold rinse of samples with colistin eliminated their antibacterial activity completely. The marked activity of the samples with meropenem and fosfomycin persisted against the antibiotic-sensitive P. aeruginosa ATCC 27853 strain after 2 rinse cycles; single-rinsed samples with fosfomycin also maintained the activity against the extensively antibioticresistant P. aeruginosa BP-150 strain. Vancomycin-containing samples possessed the sufficient antibacterial activity against both methicillin-sensitive (MSSA) and methicillin-resistant (MRSA) S. aureus strains; two-fold rinse of the samples eliminated their bactericidal properties.

Conclusion. Bone cement based coatings impregnated with fosfomycin and meropenem possess the most marked and long-lasting antibacterial activity, manifested mainly against the antibiotic-sensitive strains. 

About the authors

D. V. Tapalski

Gomel State Medical University

Author for correspondence.
Email: tapalskiy@gsmu.by

Dmitry V. Tapalski — Cand. Sci. (Med.), associate professor, head of the Department of Microbiology, Virology and Immunology

Gomel

Belarus

P. A. Volotovski

Republican Scientific and Practical Centre for Traumatology and Orthopedics

Email: fake@neicon.ru

Pavel A Volotovski — researcher. Laboratory of Traumatology of Adult Age 

Minsk

Belarus

A. I. Kozlova

Gomel State Medical University

Email: fake@neicon.ru

Anna I. Kozlova — senior lecturer. Department of Microbiology, Virology and Immunology 

 

Gomel

Belarus

A. Sitnik

Republican Scientific and Practical Centre for Traumatology and Orthopedics

Email: fake@neicon.ru

Alexander A Sitnik — Cand. Sci. (Med.), head of the Laboratory of Traumatology of Adult Age 

Minsk

Belarus

References

  1. Arciola C.R., An Y.H., Campoccia D., Donati M.E., Montanaro L. Etiology of implant orthopedic infections: a survey on 1027 clinical isolates. Int J Artif Organs. 2005;28(11):1091-1100. doi: 10.1177/039139880502801106.
  2. Murillo O., Grau 1., Lora-Tamayo J., Gomez- Junyent J., Ribera A., Tubau F., Ariza J., Pallares R. The changing epidenuology of bacteraemic osteoarticular infections in the early 21st century. Clin Microbiol Infect 2015;21(3):254.el-8.2. doi: 10.1016/j.cmi.2014.09.007.
  3. Agrawal A.C., Jain S., Jain R.K., Raza H.K.T. Pathogenic bacteria in an orthopaedic hospital in India. / Infect Dev Ctries. 2008;2:120-123. doi: 10.3855/jidc.282.
  4. Rodriguez-Pardo D., Pigrau C., Lora-Tamayo J., Soriano A., del Toro M.D., Coho J. et al. Gram-negative prosthetic joint infection: outcome of a debridement, antibiotics and implant retention approach. A large multicentre study. Clin Microbiol Infect. 2014;20(11): 911-919. doi: 10.1111/1469-0691.12649.
  5. Pena С., Suarez С., Tubau F., Gutierrez О., Dominguez A., Oliver A., Pujol M., Gudiol F., Ariza J. Nosocomial spread of Pseudomonas aeruginosa producing the metallo-beta-lactamase VlM-2 in a Spanish hospital: clinical and epidemiological implications. Clin Microbiol Infect. 2007;13(10):1026-1029. doi: 10.1111/j.l469-0691.2007.01784.x.
  6. Ribera A., Benavent E., Lora-Tamayo J., Tubau F., Pedrero S., Cabo X., Ariza J., Murillo O. Osteoarticular infection caused by MDR Pseudomonas aeruginosa: the benefits of combination therapy with colistin plus p-lactams. J Antimicrob Chemother. 2015;70(12):3357-3365. doi: 10.1093/jac/dkv281.
  7. Hsieh P.H., Lee M.S., Hsu K.Y., Chang Y.H., Shih H.N., Ueng S.W. Gram-negative prosthetic joint infections: risk factors and outcome of treatment. Clin Infect Dis. 2009;49(7):1036-1043. doi: 10.1086/605593.
  8. Anagnostakos K., Furst О., KelmJ.Antibiotic-impregnated PMMA hip spacers: current status. Acta Orthop. 2006;77(4):628-637. doi: 10.1080/17453670610012719.
  9. Божкова C.A., Новокшонова A.A., Конев B.A. Современные возможности локальной антибиотико- терапии перипротезной инфекции и остеомиелита. Травматология и ортопедия России. 2015;(3):92-107. D01: 10.21823/2311-2905-2015-0-3-92-107.
  10. Thonse R., Conway J. Antibiotic cement-coated interlocking nail for the treatment of infected nonunions and segmental bone defects. / Orthop Trauma. 2007;21(4): 258-268. doi: 10.1097/BOT.0b013e31803ea9e6.
  11. Волотовский П.А., Ситник A.A., Белецкий A.B. Применение стержней с блокированием и антибактериальным покрытием для лечения инфицированных несращений костей голени. Медицинский журнал. 2017;4(62):38-42.
  12. Qia C., Rogachev A.V., Tapal’skii D.V., Yarmolenko M.A., Rogachev A.A., Jianga X. et al. Nanocomposite coatings for implants protection from microbial colonization: formation features, structure, and properties. Surf Coat Tech. 2017;315:350-358. doi: 10.1016/j.surfcoat.2017.02.066.
  13. Wasko M.K., Kaminski R. Custom-made antibiotic cement nails in orthopaedic trauma: review of outcomes, new approaches, and perspectives. Biomed Res Int. 2015;2015. doi: 10.1155/2015/387186.
  14. Gasparini G., De Gori M., Calonego G., Della Bora T., Caroleo B., Galasso O. Drug elution from high-dose antibiotic-loaded acrylic cement: a comparative, in vitro study. Orthopedics. 2014;37(ll):e999-1005. doi: 10.3928/01477447-20141023-57.
  15. Hinarejos R, Guirro R, Leal J., Montserrat F., Pelfort X. , Sorli M.L. et al. The use of erythromycin and colis- tin-loaded cement in total knee arthroplasty does not reduce the incidence of infection: a prospective randomized study in 3000 knees. / Bone Joint Surg Am. 2013;95(9):769-774. doi: 10.2106/JBIS.L.00901.
  16. Springer B.D., Lee G.C., Osmon D., Haidukewych G.J., Hanssen A.D., Jacofsky D.J. Systemic safety of high-dose antibiotic-loaded cement spacers after resection of an infected total knee arthroplasty. Clin Orthop Relat Res. 2004;(427):47-51. doi: 10.1097/01.blo.OOOO144476.43661.10.
  17. Couet W., Gregoire N., Marchand S., Mimoz О. CoHstin pharmacokinetics: the fog is lifting. Clin Microbiol Infect 2012;18(l):30-39. doi: 10.1111/j.1469-0691.2011.03667.x.
  18. Конев B.A., Божкова C.A., Нетылько Г.И., Афанасьев А.В., Румакин В.П., Полякова Е.М. и др. Результаты применения фосфомицина для импрегнации остеозамещающих материалов при лечении хронического остеомиелита. Травматология и ортопедия России. 2016;22(2):43-56.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Traumatology and Orthopedics of Russia

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».