Способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей Российский патент 2024 года по МПК G09B23/28 A61B17/56 

Техническое решение относится к области ветеринарии и экспериментальной медицины, а именно к способу экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей и может быть использовано в эксперименте для оценки эффективности применения при периимплантной инфекции трубчатых костей медикаментозных препаратов, имплантов, а так же хирургических технологий лечения.

Применение технологий основанных на использовании имплантов широко распространено в лечении широкого круга травматолого-ортопедической патологии у животных и людей. Одной из основных не решенных проблем связанных с имлантами при лечении повреждений, а также заболеваний опорно-двигательного аппарата является угроза развития периимплантной инфекции и последующего остеомиелита. Моделирование периимплантной инфекции и последующего остеомиелита трубчатых костей на животных необходимо для прижизненного исследования костной патологии в режиме in vivo, дает возможность изучения строения костной и окружающих тканей в очаге воспаления на различных этапах болезни, используется для изучения эффективности экспериментальных консервативных и оперативных методов лечения. В основе патогенеза возникновения периимплантной инфекции и последующего остеомиелита трубчатых костей является формирование на поверхности импланта микробных биопленок [3], инициирующих в дальнейшем воспалительные процессы в костной ткани. Для получения достоверных результатов моделирование патологического процесса в эксперименте должно максимально близко соответствовать реально применимым технологиям и возникающим клиническим ситуациям.

Известен способ моделирования остеомиелита бедренной кости у крыс по Овчинникову Е.Н., с соавт. [2]. Под общей анестезией делают вертикальный разрез кожи и подкожной клетчатки, выполняя доступ к передней поверхности бедренной кости. Затем производят трепанацию диафиза кости на границе верхней и средней трети. После чего экспериментальным животным в костномозговой канал вводят инсулиновым шприцом, полностью погрузив иглу в костномозговой канал культуру S. aureus (10⁸ в 1 мл) в объеме 50 мкл. В дальнейшем в костномозговой канал на глубину 7 мм вводят спицу диаметром 1 мм, изогнутую в виде дверного крючка. Затем наглухо и послойно ушивается операционная рана. После чего на уровне нижней одной трети бедренной кости осуществляется консольное введение спицы диаметром 0.6 мм. Имплантированные спицы соединяются между собой методом армирования с заливкой самотвердеющей пластмассой. Продолжительность операции для моделирования остеомиелита на одной особи экспериментального животного составляет около 23 минут.

Недостатком данного способа являются не соответствие способа моделирования патологического процесса в эксперименте реально применимым технологиям и возникающим клиническим ситуациям (по существующим современным технологиям импланты так в бедренную кость не устанавливаются), что делает полученные результаты недостаточно достоверными. К недостаткам указанного способа относится так же продолжительное время его выполнения, что приводит большим общим трудозатратам и повышенному расходу анестезиологических препаратов. Это обуславливает наряду с высокими финансовыми расходами большую вероятность возникновения неблагоприятных побочных эффектов у экспериментального животного.

Известен способ моделирования остеомиелита бедренной кости у крыс по Авдеевой Е.Ю., с соавт. [1]. Выполняется сенсибилизация экспериментальных животных, путем внутрибрюшинной инъекции из термически ослабленной культуры низковирулентного золотистого стафилококка. Сенсибилизацию проводили 3 раза путем увеличения доз с интервалом в 3 дня. Бактериальную суспензию готовили в соответствии со стандартом непрозрачности. Под общей анестезией после вскрытия мягких тканях толстой иглой было сформировано отверстие в костномозговой канал в дистальном метафизе правой бедренной кости. Через полученное отверстие культура микроорганизмов вводилась шприцом в костномозговой канал. Затем мягкие ткани были зашивались, а область швов обрабатывалась бриллиантовым зеленым.

Недостатком данного способа являются не соответствие способа моделирования патологического процесса в эксперименте реально применимым технологиям и возникающим клиническим ситуациям (установка импланта в бедренную кость вообще не осуществляется), что делает полученные результаты недостаточно достоверными.

Задачей технического решения является совершенствование способа моделирования периимплантной инфекции и последующего остеомиелита трубчатых костей, увеличение достоверности получаемых экспериментальных данных, сокращение времени выполнения операции, увеличение производительности труда, уменьшение расхода анестезиологических препаратов и минимизацию их неблагоприятного побочного воздействия на организм лабораторного животного.

Поставленная задача решается благодаря тому, что при способе экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей у лабораторных крыс под общей анестезией выполняется вертикальный разрез кожи и подкожной клетчатки в области большого вертела бедренной кости; производится в области большого вертела трепанация бедренной кости с доступом в костномозговой канал; в полость костномозгового канала через трепанационное отверстие в области большого вертела отверстие вводиться имплантат на 2,5 см, на поверхности которого предварительно сформированы микробные биопленки путем его погружения в агаровую среду с засеянной в нее культурой S. aureus 10⁸ в 1 мл; операционную рану наглухо и послойно ушивают. В послеоперационном периоде антибиотикотерапия и перевязки области послеоперационных швов не проводятся.

В предлагаемом способе экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей, включающем выполнение вертикального разреза кожи и подкожной клетчатки в области большого вертела бедренной кости у лабораторных крыс под общей анестезией, затем в области большого вертела производиться трепанации бедренной кости с доступом в костномозговой канал, предусмотрены следующие отличия от существующих, а именно в полость костномозгового канала через трепанационное отверстие в области большого вертела отверстие вводят имплантат на 2,5 см, на поверхности которого предварительно сформированы микробные биопленки путем его погружения в агаровую среду с засеянной в нее культурой S. aureus 10⁸ в 1 мл; операционную рану наглухо и послойно ушивают.

Между совокупностью существенных признаков заявляемого объекта и достигаемым техническим результатом существует причинно-следственная связь, которую можно продемонстрировать на примере 1.

Пример 1.

Было сформировано две экспериментальные группы, каждая состояла из 30 лабораторных крыс мужского пола линии Wistar. Достоверных различий между животными экспериментальных групп по возрасту и весу не отмечалось.

В I экспериментальной группе, экспериментальное моделирование воспаления костной ткани выполнялось посредством применения "Способа моделирования остеомиелита бедренной кости у крыс" по Овчинникову Е.Н., с соавт.[2], а во II - "Способом экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей".

Через 28 дней все животные были выведены из эксперимента.

У всех животных всех экспериментальных группах после извлечения имплантов на их поверхности при микроскопии отмечались микробные биопленки и явления остеомиелита костной ткани.

В I экспериментальной группе, где экспериментальное моделирование воспаления костной ткани выполнялось посредством применения "Способа моделирования остеомиелита бедренной кости у крыс" по Овчинникову Е.Н., с соавт. [2] только у 18 (60%) лабораторных животных при поверхности извлеченного импланта отмечались микробные биопленки образованные введенным штаммом S. aureus. Во II экспериментальной группе, где экспериментальное моделирование воспаления костной ткани выполнялось посредством применения "Способа экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей" у 28 (93,3%) лабораторных животных при поверхности извлеченного импланта отмечались микробные биопленки образованные введенным штаммом S. aureus.

Во всех остальных случаях, кроме введенного штамма S. aureus в биопленках на поверхности извлеченных имплантов были выявлены и разные штаммы S. aureus, а в ряде случаев другие бактериальные агенты.

Таким образом, предлагаемый "Способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей" позволяет более точно моделировать периимплантную инфекцию и последующий остеомиелита трубчатых костей в соответствии с заданным согласно дизайна эксперимента штаммом возбудителем, что безусловно обеспечивает большую достоверность полученных в результате проведенного исследования данных и объективность сделанных выводов.

Нами было проведена сравнительная оценка продолжительности выполнения способов экспериментального моделирования воспаления костной ткани у одной особи лабораторного животного "Способ моделирования остеомиелита бедренной кости у крыс" по Овчинникову Е.Н., с соавт. [2]. и "Способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей". Критерием оценки являлось время затраченное на экспериментальное моделирование воспаления костной ткани у одной особи лабораторного животного.

Все стадии проводимого нами исследования строго соответствовали законодательству РФ, международным этическим нормам и нормативным документам. На проведение исследования было получено одобрение комитета по этике при ГБОУ ВО «Тюменский ГМУ» и выполнено в соответствии с Европейской конвенцией по защите позвоночных животных, используемых для экспериментов и других научных целей, (Страсбург, 1986) и Директивой 2010/63/ EU Европейского парламента и Совета Европейского союза от 22 сентября 2010 г. о защите животных, использующихся для научных целей. Каждому лабораторному животному в исследовании присваивался индивидуальный код, по которому он проходил в базе данных.

Статистический обсчет материала проводился согласно международным требованиям, предъявляемым к обработке результатов данных научных исследований, при помощи программы для персональных компьютеров «SPSS 11,5 for Windows» (среднее значение, дисперсия средних, параметрическое сравнение по критерию Стьюдента с поправкой Бонферони для множественных сравнений, частотный анализ).

В результате сравнительной оценки было выявлено, что время выполнения экспериментального моделирования воспаления костной ткани у одной особи лабораторного животного посредством применения предлагаемого "Способа экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей" составляло 8,75±0,69 минут, а при использовании "Способа моделирования остеомиелита бедренной кости у крыс" по Овчинникову Е.Н., с соавт. [2] - 22,96±1,25 минут. Предлагаемый нами способ «Способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей» сокращает почти в 2,4 раза продолжительность моделирования патологического процесса на каждой особи лабораторного животного, увеличивая производительность труда, сокращая расход анестезиологических препаратов и уменьшая их неблагоприятное побочное воздействие на организм лабораторного животного.

Нами предлагается следующий "Способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей":

У лабораторных крыс под общей анестезией выполняется вертикальный разрез кожи и подкожной клетчатки в области большого вертела бедренной кости; производится в области большого вертела трепанация бедренной кости с доступом в костномозговой канал; в полость костномозгового канала через трепанационное отверстие в области большого вертела отверстие вводиться имплантат на 2,5 см, на поверхности которого предварительно сформированы микробные биопленки путем его погружения в агаровую среду с засеянной в нее культурой S. aureus 10⁸ в 1 мл; операционную рану наглухо и послойно ушивают. В послеоперационном периоде антибиотикотерапия и перевязки области послеоперационных швов не проводятся. Продолжительность моделирования патологического процесса на каждой особи лабораторного животного составляет около 9 минут.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого способе экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей, обусловлена сокращением почти в 2,4 раза продолжительности моделирования патологического процесса у каждой особи лабораторного животного, увеличением производительности труда, сокращением расхода анестезиологических препаратов, что безусловно существенно снизит себестоимость проводимого эксперимента и увеличит его экономическую эффективность. Необходимо так же учитывать, что предложенный способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей позволяет выполнять экспериментальное моделирование патологического процесса максимально близко к реально применяемым технологиям и возникающим клиническим ситуациям, формируя на поверхности импланта микробные биопленки, которые являются инициаторами в дальнейшем воспалительных процессов в костной ткани, получая в итоге эксперимента достоверные результаты, что дает возможность объективно оценивать эффективность используемых медикаментозных средств, имплантов и хирургических методик.

Источники информации

1. Авдеева Е.Ю. Моделирование травматического остеомиелита у крыс в эксперименте / Е.Ю. Авдеева, Г.В. Слизовский, М.Г. Скороходова [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2016. -Т. 161, № 1. -С. 157-160.-EDNVHIAHB

2. Овчинников Е.Н. Модель остеомиелита у крыс / Е.Н. Овчинников, О.В. Дюрягина, М.В. Стогов [и др.] // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. - 2022. - Т. 173, №3. - С. 395-399. - DOI 10.47056/03655-9615-2022-173-3-395-399. - EDN OCQKVI.

3. Arciola C.R. Implant infections: adhesion, biofilm formation and immune evasion / C.R. Arciola, D. Campoccia, L. Montanaro // Nat. Rev. Microbiol. - 2018. - Vol.16 (7). - P. 397-409.

Изобретение относится к области ветеринарии и экспериментальной медицины и касается способа экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей. Выполняют вертикальный разрез кожи и подкожной клетчатки в области большого вертела бедренной кости у лабораторных крыс под общей анестезией. Затем в области большого вертела производят трепанацию бедренной кости с доступом в костномозговой канал. В полость костномозгового канала через трепанационное отверстие в области большого вертела вводят имплантат на 2,5 см, на поверхности которого предварительно сформированы микробные биопленки путем его погружения в агаровую среду с засеянной в нее культурой S. aureus 10⁸ в 1 мл. Далее операционную рану наглухо и послойно ушивают. Изобретение обеспечивает совершенствование способа моделирования периимплантной инфекции и последующего остеомиелита трубчатых костей, увеличение достоверности получаемых данных, увеличение производительности труда, уменьшение расхода анестезиологических препаратов и минимизацию их неблагоприятного побочного воздействия на организм лабораторного животного. 1 пр.

Способ экспериментального моделирования периимплантной инфекции трубчатых костей, включающий выполнение вертикального разреза кожи и подкожной клетчатки в области большого вертела бедренной кости у лабораторных крыс под общей анестезией, затем в области большого вертела производят трепанацию бедренной кости с доступом в костномозговой канал, отличающийся тем, что в полость костномозгового канала через трепанационное отверстие в области большого вертела вводят имплантат на 2,5 см, на поверхности которого предварительно сформированы микробные биопленки путем его погружения в агаровую среду с засеянной в нее культурой S. aureus 10⁸ в 1 мл; операционную рану наглухо и послойно ушивают.