Исследование роста бактерий на питательных средах с добавлением полимерного импланта

В статье рассматривается рост микроорганизмов на питательных средах с добавлением полимерного импланта. Данные сопоставлены с риском развития инфекций при различных видах манипуляций в условиях клиники с использованием имплантов.

Ключевые слова: медицина, микробиология, имплантология, полимерные импланты, импланты, инфекции.

The article studies the effect of growth of test microorganisms on nutrient media with the addition of a polymer implant. The data are compared with the risk of developing infections during various types of manipulations in the clinic with the use of implants.

Key words: medicine; microbiology; implantology; polymer implants, implants, infections.

Актуальность. При проведении любых инвазивных манипуляций частота инфекционных осложнений занимает 2–3 место в структуре всех внутрибольничных инфекций. В настоящее время известно, что около 70 % инфекций у человека вызываются микроорганизмами, способные образовывать биопленки [1.2]. Также доказано, что на поверхности импланта могут формироваться микробные биопленки [5]. В результате этого, образование биопленок ведёт к более тяжелым течениям инфекционного процесса в ране. Формирование биопленок известно и на имплантах, катетерах, интубационных и трахеостомических трубках [4]. В связи с чем, предупреждение инфекционных процессов, с образованием биопленок, является важным направлением клинической микробиологии.

Цель работы. Изучить степень развития роста бактерий с добавлением биополимерного импланта на питательные среды и без него.

Для того, что проанализировать действие полимерных имплантов на процессы жизнедеятельности (рост, размножение) бактерий исследовали штаммы данных микроорганизмов: Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Proteus vulgaris. Из предоставленных культур выращенных на мясо-пептонный агар (МПА), в течение суток, подготавливали 1млрд. взвесь в стерильном физиологическом растворе (0,9 % NaCl). Далее в пробирки, содержащие по 5 мл стерильного мясо-пептонный бульон (МПБ) вносили по 10 тысяч микробных клеток, разведение проводили согласно стандарту мутности (Test tubes (Macfarland standard). В качестве контрольных образцов использовали пробирки, содержащие по 5 мл стерильного МБП без импланта с добавлением исследуемых культур. Для того, чтобы определить начальное количество микроорганизмов в исследуемых образцах из опытных и контрольных пробирок проводили высев материала на поверхность питательного агара, методом «газона» на чашки Петри в объеме 0,1 мл. В опытные пробирки помещали имплант размером 1*1,5 см. Все пробирки помещали в термостат и инкубировали в течении 24 часов при температуре 37°C. Через 8 часов с начала инкубации и по окончании проводили высев из пробирок на питательную среду в чашки Петри методом «газона». Чашки инкубировали в термостате в течении суток при температуре 37°C. По окончании инкубации проводили подсчет и сравнительную характеристику задержки роста микроорганизмов в опытных и контрольных группах.

Результаты иобсуждения. По результатам исследования было установлено, что в чашках Петри, содержащих колонии с образцами полимерных мембран (опытные группы) и без полимерных мембран (контрольные группы) до проведения инкубации их в пробирках, содержалось в среднем до 120 колониеобразующих единиц. Образец биополимерного импланта служит неблагоприятной средой для роста микроорганизмов. Мы предполагаем, что в течение первых суток нахождения импланта в растворе он не перешел в жидкое агрегатное состояние, а его мембрана еще оставалась эластичной и плотной, что способствовало адгезии микроорганизмов на нее и образовании биопленки. Этому свидетельствует уменьшение количества микроорганизмов в опытных образцах (табл.1).

Таблица 1

Количественное сравнение микроорганизмов вопыте.

Изучение биопленок выявило сложную ультратонкую организацию микробных сообществ данного типа, одним из основных компонентов которой является комплекс защитных структур [3]. У зрелых биопленок обнаруживается устойчивость к антибактериальным препаратам [5]. Для того, чтобы повысить способность колонизационной резистентности имплантируемого материала исследователи применяют специальное покрытие различными антимикробными препаратами: гентамицином, неомицином и др. [2].

Ученые в Швеции показали, что тонкий слой графеновых чешуек становится убийственным оружием против бактерий и может остановить развитие инфекции после установки имплантов. Вертикальный слой чешуек графена формирует протективную поверхность, к которой бактерии не могут прикрепиться. Вместо этого они разрезаются острыми чешуйками графена и погибают. В связи с этим импланты, покрытые слоем чешуек графена, могут защитить пациента от развития инфекции, исключить необходимость проведения антибиотикотерапии. [6]

Выводы. Таким образом, результаты наших опытов показали, что биополимерные импланты улучшают рост микроорганизмов на своей поверхности, но не способствует увеличению популяции в питательной среде, что ведет к уменьшению колониеобразующих единиц. Возрастающая статистика инфекционных осложнений после манипуляций, связанных с имплантируемыми материалами, а также снижение эффективности использования антибиотиков являются весомыми основаниями для разработки и дальнейшего исследовании в области имплантов, уменьшающих риск развития инфекций.

Литература:

1. Poelstra K. A., Barekzi N. A., Rediske A., Felts A. G., Slunt J. B., Grainger D. W. Treatment of gram-negative and gram-positive abdominal implant infections using locally delivered polyclonal antibodies // Anthony G. Gristina Institute for Biomedical Research. — 2010. — С. 6.
2. Голуб А. В. Новые возможности профилактики инфекций области хирургического вмешательства / А. В. Голуб // Клиническая микробиология и антимикробная химиотерапия. — 2013. — Т. 13, № 1. — С. 56–66.
3. Сидоренко С. В. Роль бактериальной биопленки в патологии человека / С. В. Сидоренко // Инфекции в хирургии. — 2004. — № 2. — С. 16–20.
4. Charles E. E. Microbiology of explanted suture segments from infected and non-infected surgical patients / E. E. Charles, J. K. Candace, M. M. Richard et al. // Journal of clinical microbiology. — 2013. — V. 51, № 2. — P. 417–421.
5. Limbert G. On the mechanics of bacterial biofilms on non-dissolvable sutures: a laser scanning confocal microscopy-based finite element study / G. Limbert, R. Bryan, R. Cotton et al. // Acta biomaterialia. — 2013. — V. 9, № 5. — P. 6641–6652.
6. Santosh Pandit, Zhejian Cao, V. R. S. S. Mokkapati, Emanuele Celauro, Avgust Yurgens, Martin Lovmar, Fredrik Westerlund, Jie Sun, Ivan Mijakovic. Vertically Aligned Graphene Coating is Bactericidal and Prevents the Formation of Bacterial Biofilms / Santosh Pandit, Zhejian Cao, V. R. S. S. Mokkapati, Emanuele Celauro, Avgust Yurgens, Martin Lovmar, Fredrik Westerlund, Jie Sun, Ivan Mijakovic //Adv Mater. — 2018. — P. 2–4/