Eliminazione della meticillina

Volume 10 della ricerca medica militare, numero articolo: 21 (2023) Citare questo articolo

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Il trattamento delle infezioni da biofilm di Staphylococcus aureus meticillino-resistente (MRSA) negli interventi di posizionamento degli impianti è limitato dalla mancanza di attività antimicrobica degli impianti in titanio (Ti). È necessario esplorare approcci più efficaci per il trattamento delle infezioni da biofilm da MRSA.

Qui, viene proposta una strategia di funzionalizzazione interfacciale mediante l'integrazione di nanoparticelle di polidopamina mesoporosa (PDA), donatore di rilascio di ossido nitrico (NO) nitroprussiato di sodio (SNP) e peptide di crescita osteogenico (OGP) su impianti di Ti, indicati come Ti-PDA@SNP- OGP. Le proprietà fisiche e chimiche di Ti-PDA@SNP-OGP sono state valutate mediante microscopia elettronica a scansione, spettroscopio fotoelettronico a raggi X, angolo di contatto con l'acqua, proprietà fototermica e comportamento di rilascio di NO. L'effetto antibatterico sinergico e l'eliminazione dei biofilm di MRSA sono stati valutati mediante sonda di diacetato di 2′,7′-diclorofluoresceina, dosaggio di 1-N-fenilnaftilammina, intensità di adenosina trifosfato, attività di idrolisi di o-nitrofenil-β-d-galattopiranoside e perdita di acido bicinconinico. Per valutare la risposta infiammatoria e la capacità osteogenica nello stroma del midollo osseo sono stati utilizzati la colorazione a fluorescenza, i test per l'attività della fosfatasi alcalina, la secrezione di collagene e la mineralizzazione della matrice extracellulare, la reazione a catena della polimerasi con trascrizione inversa quantitativa in tempo reale e il test di immunoassorbimento enzimatico (ELISA). cellule (MSC), cellule RAW264.7 e il loro sistema di co-coltura. La colorazione Giemsa, ELISA, micro-CT, ematossilina ed eosina, tricromica di Masson e colorazione immunoistochimica sono state utilizzate per valutare l'eradicazione dei biofilm di MRSA, l'inibizione della risposta infiammatoria e la promozione dell'osteointegrazione di Ti-PDA@SNP-OGP in vivo.

Ti-PDA@SNP-OGP ha mostrato un effetto antibatterico sinergico fototermico e NO-dipendente contro l'MRSA in seguito all'irradiazione con luce del vicino infrarosso ed ha eliminato efficacemente i biofilm di MRSA formati inducendo stress ossidativo mediato da specie reattive dell'ossigeno (ROS), distruggendo l'integrità della membrana batterica e causando perdita di componenti intracellulari (P <0,01). Esperimenti in vitro hanno rivelato che Ti-PDA@SNP-OGP non solo ha facilitato la differenziazione osteogenica delle MSC, ma ha anche promosso la polarizzazione dei macrofagi M1 proinfiammatori nel fenotipo M2 antinfiammatorio (P < 0,05 o P < 0,01). Il microambiente osteoimmune favorevole ha ulteriormente facilitato l’osteogenesi delle MSC e l’anti-infiammazione delle cellule RAW264.7 attraverso molteplici vie di segnalazione paracrina (P <0,01). La valutazione in vivo ha confermato i risultati sopra menzionati e ha rivelato che Ti-PDA@SNP-OGP ha indotto un'osteointegrazione migliorativa in un modello di impianto di difetto femorale infetto da MRSA (P < 0,01).

Questi risultati suggeriscono che Ti-PDA@SNP-OGP è un materiale multifunzionale promettente per il trattamento altamente efficiente delle infezioni da MRSA negli interventi chirurgici di sostituzione degli impianti.

Le infezioni associate a biomateriali (BAI) rappresentano un onere sanitario globale responsabile di circa il 40% di tutte le infezioni contratte in ospedale negli Stati Uniti [1]. Le infezioni si verificano durante tutta la vita utile degli impianti, ma non solo durante il processo di impianto, il che comporta inevitabilmente il fallimento degli impianti in titanio (Ti) [2, 3]. La formazione di biofilm di Staphylococcus aureus resistente alla meticillina (MRSA) sulle superfici degli impianti in titanio aggrava il carico di BAI [4]. Le sostanze polimeriche extracellulari (EPS) sono presentate nella matrice secreta dall'MRSA, che può proteggere i batteri intramembranosi dal sistema immunitario dell'ospite e dalle sfide ambientali esterne come la permeazione di antibiotici e la pressione ambientale [5, 6]. La rimozione e la sostituzione degli impianti infetti è spesso la scelta di Hobson nella gestione delle infezioni da MRSA associate all'impianto a causa dell'inefficacia degli antibiotici convenzionali nell'eliminazione dei biofilm di MRSA [7, 8]. La capacità di osteointegrazione postoperatoria non ideale degli impianti in Ti riduce ulteriormente la loro efficacia [9]. Pertanto, è necessario sviluppare una nuova strategia che elimini contemporaneamente i biofilm di MRSA e migliori l’osteointegrazione degli impianti in Ti senza indurre resistenza ai farmaci.