Microbiological validation for optimization of sustained local antibiotic perfusion therapy for MRSA bone and soft tissue infections

Research Project

Project/Area Number	21K09241
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Allocation Type	Multi-year Fund
Section	一般
Review Section	Basic Section 56020:Orthopedics-related
Research Institution	University of Occupational and Environmental Health, Japan
Principal Investigator	善家雄吉産業医科大学, 医学部, 准教授 (80615930)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安藤恒平産業医科大学, 医学部, 助教 (80899518) 宮原敏産業医科大学, 医学部, 助教 (50878329) 齋藤光正産業医科大学, 医学部, 教授 (00315087) 濱田大志産業医科大学, 医学部, 助教 (20899306) 石川成人産業医科大学, 医学部, 助教 (50848314) 佐藤直人産業医科大学, 医学部, 助教 (20912968) 眞田彩華産業医科大学, 医学部, 助教 (10887045) 酒井昭典産業医科大学, 医学部, 教授 (90248576) 真弓俊彦産業医科大学, 医学部, 教授 (90281071)
Project Period (FY)	2021-04-01 – 2024-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help	¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000) Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000) Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Keywords	持続局所抗菌薬灌流療法 / MRSA / アミノグリコシド耐性遺伝子 / バイオフィルム / アミノグリコシド耐性 / 局所高濃度抗菌薬持続灌流
Outline of Research at the Start	本研究の目的は、臨床で分離されたMRSAについて 1. アミノグリコシド耐性遺伝子を調査する。2. 菌の増殖やバイオフィルム形成を阻止するゲンタマイシン（GM）の最小濃度を調査することである。また、これらの研究結果を踏まえて、局所高濃度抗菌薬持続灌流療法におけるGMの適正使用量を決定すること。投与量を減らすことにより、全身的な副作用や局所の細胞傷害性を回避できるだけでなく、耐性菌出現を防止することにも貢献すると考えている。
Outline of Annual Research Achievements	目的バイオフィルムの抗菌薬治療には、最小発育阻止濃度(Minimal inhibitory concentration; MIC)より高い濃度の最小バイオフィルム撲滅濃度(Minimal biofilm eradication concentration; MBEC)が必要とされる。今回、メチシリン耐性黄色ブドウ球菌(MRSA)臨床分離株に対するゲンタマイシン(GM)のMBECを測定し、アミノグリコシド系耐性遺伝子やMICとの関連を調べた。方法産業医科大学病院で2020年1月～12月に分離されたMRSA計104株を使用した。PCR法でaac(6’)-aph(2")、ant(4’)、aph(3’)-IIIの有無を調べた。MICは微量液体希釈法で決定した。バイオフィルムはpeg lidを用いて作成し、段階希釈したGMに24時間暴露後、生菌が認められない最小濃度をMBECとした。各変数の関連について、Fisher’s exact testで検定した。結果 MRSA臨床分離株104株の耐性遺伝子の保有率は、aac(6’)-aph(2")が65.4%(68/104株)、ant(4’)が14.4%(15/104株)、aph(3’)-IIIが0%(0/104株)であった。68株(65.4%)がGMに耐性(MIC≧16μg/ml)を示した。MBECは67株(65.0%)が≧512 μg/mlを示した。MBEC≧512μg/mlであることはaac(6’)-aph(2")の保有(p<2.2x10-16)、ゲンタマイシン耐性(MIC≧16μg/ml)(p<2.2x10-16)と有意に関連した。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason コロナ禍の影響で海外から発注する実験器材の調達が遅れることはあったものの、集中的に実験を行うことにより、当初の予定よりも実験が進み、また非常に興味深い研究結果を得ることが出来ている。今後はさらに次なるステップへの研究へと進めていきたいと考えている。
Strategy for Future Research Activity	MRSA臨床分離株のバイオフィルムの撲滅にはMICより高濃度のGMを要することが確認された。骨軟部組織感染症に対して高濃度GMを用いた持続局所抗菌薬灌流療法が検証されているが、今回有効なGM濃度について基礎的データを取得できた。本結果から、病巣から分離されたMRSAの耐性遺伝子やMICを調べることで、バイオフィルムの薬剤感受性を予測できることが示唆された。また、今後は本研究結果を臨床応用するために、さらにその耐性遺伝子の有無による適正な濃度や適正な投与期間を調べるための分子生物学的な基礎研究を計画していきたいと考えている。