Антибактеріальні властивості модифікованого магнієвого сплаву по відношенню до клінічних штамів неферментуючих грамнегативних мікроорганізмів in vitro

Abstract

Актуальною проблемою застосування масивних заглибних імплантатів в ортопедії і травматології є виникнення таких важких ускладнень, як інфікування в ділянці металоконструкцій [1, 2]. У 1–8,5 % випадків установлення постійного імплантата призводить до розвитку інфекції у вигляді хронічного постімплантаційного остеомієліту з наступною інвалідизацією хворого [3]. Згідно з даними літератури, у 5–14 % випадків збудниками імплантат-асоційованої інфекції (ІАІ) є грамнегативні неферментивні мікроорганізми, серед яких найчастіше виявляють Pseudomonas aeruginosa та Acinetobacter baumannii [4–6]. Відомо, що в казані бактерії характеризуються здатністю до швидкого формування багаторівневих мікробних біоплівок на поверхні штучних імплантатів і резистентністю до багатьох антибактеріальних препаратів, що значно ускладнює терапію ІАІ [6, 7]. У зв’язку з цим особливого значення в травматології та ортопедії набуває альтернативна профілактика ІАІ, заснована на використанні трансплантаційних матеріалів, які завдяки своїм антимікробним властивостям у процесі біодеградації сприяють запобіганню розмноження патогенних мікроорганізмів й утворенню біоплівок. На сьогодні вельми перспективним є вивчення біологічних властивостей сплавів на основі магнію (Mg2+). Численні експерименти на кролях, щурах і вівцях показали, що сплави на основі магнію характеризуються доброю біосумісністю, достатньою корозійною стійкістю, не токсичні, мають модуль пружності Юнга, максимально наближений до показника коркового шару кістки. Власне Мg не володіє антибактеріальними властивостями, але продукти його корозії (газоподібний водень, гідроксид і солі магнію, які утворюються в результаті електрохімічної реакції) локально підвищують рН, що надає ефективну бактерицидну дію, а постійний процес біокорозії поверхні імплантата ускладнює формування мікроорганізмами повноцінної біоплівки [8, 9]. У зв’язку з наведеним для експерименту нами був використаний модифікований магнієвий сплав, створений на основі промислового сплаву МЛ-10, модуль еластичності якого становить близько 45 GPa, що точніше відповідає модулю пружності коркового шару кістки. The objective is to determine the sensitivity of A. baumannii and P. aeruginosa (etiological agents of implant-associated infections) to the ML-10 magnesium alloy biodegradation products to justify the possibility of its application in traumatological practice as implants with antibacterial activity. Methods: ML-10 magnesium alloy extract was made based on Mueller–Hinton broth (pH 7.4). Its bacteriostatic activity was assessed by the presence/absence of visual growth of A. baumannii and P. aeruginosa in culture tubes, and the bactericidal activity — by the presence/absence of growth of microorganism colonies on agar plates after plating from the tubes after 24, 28, and 72 h of incubation. Results: the extract of alloy ML-10 magnesium alloy has a high bacteriostatic and bactericidal activity in relation to the clinical strains of A. baumannii and P. aeruginosa. No growth of microorganisms was visually detected in test tubes with extract, which indicated a significant bacteriostatic activity of the alloy biodegradation products. In the study of bactericidal activity, the maximum growth of bacteria on agar was observed after the first seeding from tubes (24 hours of incubation of the extract) into which microorganisms were added the day before at a concentration of 109, 108, 107 CFU/ml. The number of colonies grown on agar after the second seeding (48 hours of incubation of the extract) was significantly reduced, and after the third seeding (72 hours), the growth of microorganisms was absent in most of experiments. In the case of the addition of microorganisms at a concentration of 106, 105, 104 CFU/ml, there was no colony growth on a solid medium after seeding from these tubes. Conclusions: ML-10 magnesium alloy biodegradation products exhibit high bactericidal activity against clinical strains of A. baumannii and P. aeruginosa, which are the causative agents of implant-associated infections. Цель: определить чувствительность Acinetobacter baumannii и Pseudomonas aeruginosa (возбудителей имплантат-ассоциированных инфекций) к продуктам биодеградации магниевого сплава МЛ-10 для обоснования возможности его использования в травматологической практике в качестве имплантатов c антибактериальной активностью. Методы: экстракт магниевого сплава МЛ-10 готовили на основе бульона Мюллера–Хинтона (рН 7,4). Его бактериостатическую активность оценивали по наличию/отсутствию визуального роста A. baumannii и P. aeruginosa в пробирках с посевами, бактерицидную — по наличию/отсутствию роста колоний микроорганизмов на чашках с агаром после высева из пробирок через 24, 28 и 72 ч их инкубации. Результаты: исследуемый экстракт магниевого сплава МЛ-10 обладает высокой бактериостатической и бактерицидной активностью по отношению к клиническим штаммам A. baumannii и P. aeruginos. В пробирках с экстрактом рост микроорганизмов визуально не обнаружен, что свидетельствует о значительной бактериостатической активности продуктов биодеградации сплава. При изучении бактерицидной активности максимальный рост бактерий на агаре наблюдали после первого высева из пробирок (24 ч инкубации экстракта), в которые накануне были добавлены микроорганизмы в концентрации 109, 108, 107 КОЕ/ мл. Количество колоний, выросших на агаре после второго высева (48 ч инкубации экстракта) значительно уменьшалось, а после третьего высева (72 ч) рост микроорганизмов отсутствовал в большинстве опытов. В случае добавления микроорганизмов в концентрации 106, 105, 104 КОЕ/ мл рост колоний на плотной среде после высева из этих пробирок отсутствовал. Выводы: продукты биодеградации магниевого сплава МЛ- 10 проявляют высокую бактерицидную активность в отношении клинических штаммов A. baumannii и P. aeruginosa, являющихся возбудителями имплантат-ассоциированных инфекций.