Оценка комбинированного ex vivo воздействия термоабляции и ванкомицина на рост культуры Staphylococcus aureus

Цель. Изучить ex vivo влияние высокотемпературного воздействия (55–56 °C) в сочетании с ванкомицином на поведение культуры патогенного золотистого стафилококка (S. aureus).

Материалы и методы. Жидкую культуру метициллинрезистентного S. aureus (MRSA) штамм 43300 нагревали ex vivo (55–56 °C, 0–60 мин) с или без добавления ванкомицина (20 мкг/мл), затем инкубировали (37 °C, до 120 мин). В качестве контроля использовалась микробная взвесь (100 или 250 микробных тел на 1 мл изотонического хлорида натрия) при 37 °C. После экстремального воздействия культуры S. aureus высевали на плотную питательную среду, через 48 ч определяли выход колониеобразующих единиц (КОЕ) методом компьютерной морфометрии цифровых изображений бактериальных культур в чашках Петри. Для каждой экспериментальной подгруппы (контроль роста; термоабляция; антибиотик; термоабляция + антибиотик) проводили не менее трех повторений.

Результаты. Отработан временной интервал высокотемпературного воздействия для определения полулетальной дозы нагревания (LD50) в отношении жидкой микробной культуры, который составил 12,25 мин при плотности разведения 100 микробных тел/мл растворителя. При увеличении плотности бактериальной культуры до 250 микробных тел/мл растворителя 30 мин ее нагревания до 55–56 °C недостаточно для подавления роста MRSA на агаре. Ванкомицин в терапевтической дозе 20 мкг/мл не влияет на выход КОЕ использованного патогенного штамма 43300. В то же время комбинированное ex vivo воздействие термоабляции и антибиотика оказывает бактериостатический эффект на уровне 28% (p < 0,001) подавления роста бактерий на агаровой питательной среде.

Заключение. Выявлен бактериостатический эффект комбинированного применения высокотемпературного воздействия с ванкомицином, неэффективных по отдельности. Полученные результаты имеют практическую значимость для реконструктивной хирургии костной ткани, однако требуют проведения дополнительных исследований для уточнения механизмов обнаруженного феномена.

1. Науменко З.С., Розова Л.В. Устойчивость Staphylococcus aureus к антибактериальным препаратам. Гений ортопедии. 2007;(2):36–38.

2. Божкова C.А., Тихилов Р.М., Краснова М.В., Рукина А.Н. Ортопедическая имплантат-ассоциированная инфекция: ведущие возбудители, локальная резистентность и рекомендации по антибактериальной терапии. Травматология и ортопедия России. 2013;19(4):5–15. DOI: 10.21823/23112905-2013-4-5-15.

3. Bozhkova S., Tikhilov R., Labutin D., Denisov A., Shubnyakov I., Razorenov V. et al. Failure of the first step of two-stage revision due to polymicrobial prosthetic joint infection of the hip. Journal of Orthopaedics and Traumatology: Official Journal of the Italian Society of Orthopaedics and Traumatology. 2016;17(4):369–376. DOI: 10.1007/s10195-016-0417-8.

4. Masters E.A., Ricciardi B.F., Bentley K.L. de M., Moriarty T.F., Schwarz E.M., Muthukrishnan G. Skeletal infections: microbial pathogenesis, immunity and clinical management. Nature Reviews. Microbiology. 2022;20(7):385–400. DOI: 10.1038/s41579-022-00686-0.

5. Parvizi J., Gehrke T. International consensus group on periprosthetic joint infection. Definition of periprosthetic joint infection. The Journal of Arthroplasty. 2014;29(7):1331. DOI: 10.1016/j.arth.2014.03.009.

6. Manning L., Allen B., Davis J.S. Design Characteristics and Recruitment Rates for Randomized Trials of Peri-Prosthetic Joint Infection Management: A Systematic Review. Antibiotics (Basel, Switzerland). 2023;12(10):1486. DOI: 10.3390/antibiotics12101486.

7. He S.Y., Yu B., Jiang N. Current concepts of fracturerelated infection. International Journal of Clinical Practice. 2023;2023:4839701. DOI: 10.1155/2023/4839701.

8. Rahim M.I., Rohde M., Rais B., Seitz J.M., Mueller P.P. Susceptibility of metallic magnesium implants to bacterial biofilm infections. Journal of Biomedical Materials Research. 2016;104(6):1489–1499. DOI: 10.1002/jbm.a.35680.

9. Craig W.A., Billeter M. et al. Therapeutic monitoring of vancomycin in adults summary of consensus recommendations from the American Society of Health-System Pharmacists, the Infectious Diseases Society of America, and the Society of Infectious Diseases Pharmacists. Pharmacotherapy. 2009;29(11):275–1279. DOI: 10.1592/phco.29.11.1275.

10. Bue M., Hanberg P., Koch J., Jensen L.K., Lundorff M., Aalbaek B. et al. Single-dose bone pharmacokinetics of vancomycin in a porcine implant-associated osteomyelitis model. Journal of Orthopaedic Research: Official Publication of the Orthopaedic Research Society. 2018;36(4):1093–1098. DOI: 10.1002/jor.23776.

11. Palau M., Muñoz E., Larrosa N., Gomis X., Márquez E., Len O. et al. Hyperthermia prevents in vitro and in vivo biofilm formation on endotracheal tubes. Microbiology Spectrum. 2023;11(1):e0280722. DOI: 10.1128/spectrum.02807-22.

12. Шахов В.П., Хлусов И.А., Дамбаев Г.Ц., Зайцев К.В., Салмина (Егорова) А.Б., Шахова С.С. и др. Введение в методы культуры клеток, биоинженерии органов и тканей. Новосибирск: STT, 2004.

13. Prosolov K.A., Mitrichenko D.V., Prosolov A.B., Nikolaeva O.O., Lastovka V.V., Belyavskaya O.A. et al. Zn-doped CaP-based coatings on Ti–6Al–4V and Ti–6Al–7Nb alloys prepared by magnetron sputtering: controllable biodegradation, bacteriostatic, and osteogenic activities. Coatings. 2021;11(7):809. DOI: 10.3390/coatings11070809.

14. Korkmaz S., Göksülük D., Zararsiz G. MVN: An R package for assessing multivariate normality. R JOURNAL. 2014;6(2):151–162. DOI: 10.32614/RJ-2014-031.

15. Pohlert T. PMCMRplus: Calculate pairwise multiple comparisons of mean rank sums extended. 2018. DOI: 10.32614/ CRAN.package.PMCMRplus.

16. Brunnermunzel package. RDocumentation. [Accessed 18th October 2024]. Available online: https://www.rdocumentation.org/packages/brunnermunzel/versions/2.0.

17. Royston P. Remark AS R94: a remark on algorithm AS 181: the W-test for normality. Journal of the Royal Statistical Society. Series C (Applied Statistics). 1995;44(4):547–551. DOI: 10.2307/2986146.

18. Munzel U., Brunner E. Nonparametric tests in the unbalanced multivariate one‐way design. Biometrical Journal. 2000;42(7):837–854. DOI: 10.1002/1521-4036(200011)42:7<837::AID-BIMJ837>3.0.CO;2-S.

19. Brunner E., Munzel U. The nonparametric behrens‐fisher problem: asymptotic theory and a small‐sample approximation. Biometrical Journal. 2000;42(1):17–25. DOI: 10.1002/(SICI)15214036(200001)42:1<17::AID-BIMJ17>3.0.CO;2-U.

20. Karch J.D. Psychologists should use Brunner-Munzel’s instead of Mann-Whitney’s U test as the default nonparametric procedure. Advances in Methods and Practices in Psychological Science. 2021;4. DOI: 10.1177/2515245921999602.

21. Noguchi K., Konietschke F., Marmolejo-Ramos F., Pauly M. Permutation tests are robust and powerful at 0.5% and 5% significance levels. Behavior Research Methods. 2021;53(6):2712–2724. DOI: 10.3758/s13428-021-01595-5.

22. Elamir E. On uses of Van der Waerden test: a graphical approach. Preprint arXiv. 2022. DOI: 10.48550/arXiv.2203.02148.

23. Macunluoglu A.C., Ocakoğlu G. Comparison of the performances of non-parametric k-sample test procedures as an alternative to one-way analysis of variance. The European Research Journal. 2023;9(4) 687–696. DOI: 10.18621/eurj.1037546.

24. Luepsen H. Comparison of nonparametric analysis of variance methods: A vote for van der Waerden. Communications in Statistics – Simulation and Computation. 2018;47(9):2547. DOI: 10.1080/03610918.2017.1353613.

25. Hirano R., Sakamoto Y., Kitazawa J., Yamamoto S., Tachibana N. Pharmacist-managed dose adjustment feedback using therapeutic drug monitoring of vancomycin was useful for patients with methicillin-resistant Staphylococcus aureus infections: a single institution experience. Infection and Drug Resistance. 2016;9:243–252. DOI: 10.2147/IDR.S109485.

26. Lehtinen S., Blanquart F., Croucher N.J., Turner P., Lipsitch M., Fraser C. Evolution of antibiotic resistance is linked to any genetic mechanism affecting bacterial duration of carriage. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2017;114(5):1075–1080. DOI: 10.1073/pnas.1617849114.

27. Sturtevant R.A., Sharma P., Pavlovsky L., Stewart E.J., Solomon M.J., Younger J.G. Thermal augmentation of vancomycin against staphylococcal biofilms. Shock (Augusta, Ga.). 2015;44(2):121–127. DOI: 10.1097/SHK.0000000000000369.

28. Zhao Y., Peng X., Xu X., Wu M., Sun F., Xin Q. et al. Chitosan based photothermal scaffold fighting against bone tumor-related complications: Recurrence, infection, and defects. Carbohydrate Polymers. 2023;300:120264. DOI: 10.1016/j.carbpol.2022.120264.