最小バイオフィルム撲滅濃度を基準とする整形外科インプラント感染症の患者特異的治療戦略の探索

• Project/Area Number: 24K12336
• 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: Yokohama City University
• Principal Investigator: 安部 晃生 横浜市立大学, 医学研究科, 客員研究員 (70993038)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 崔 賢民 横浜市立大学, 医学部, 准教授 (20760888)
• Project Period (FY): 2024-04-01 – 2028-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2027: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2026: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000); Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
• Keywords: 人工関節周囲感染症 / MBEC / バイオフィルム / PJI / 整形外科インプラント関連感染症 / 最小バイオフィルム撲滅濃度

Outline of Research at the Start

整形外科インプラント関連感染症では、インプラント周囲のバイオフィルム（BF）が形成され、抗菌薬や免疫機能への抵抗性を持つため難治化しやすく、治療にはBFの破壊と適切な抗菌薬治療が重要である。従来、細菌培養検査による菌種同定と最小発育阻止濃度（MIC）が主な指標として用いられてきたが、MICは浮遊細菌の発育を基準とした尺度であり、BF破壊を基準とした最小バイオフィルム撲滅濃度(MBEC)の測定と臨床応用が期待される。本研究では、MBECの測定方法を確立し、感染巣への抗菌薬の最適な濃度・暴露時間を検討し、MBECを基準とした患者特異的な治療戦略の構築を探索する。

Outline of Annual Research Achievements

整形外科インプラント関連感染症では、抗菌薬による治療により奏功せず、治療が難渋化，長期化することも多く、治療が困難な場合にはインプラント抜去など再度の手術が必要になってしまうことも多い。近年では、そのような整形外科インプラント関連感染症に対して抗菌薬をインプラント周囲や感染した周囲組織に投与して治療する方法も一定の効果があることが示されてきている。しかしながら、整形外科インプラント関連感染症の治療において、抗菌薬や免疫機能への抵抗性を持つため難治化しやすくする要因の1つと考えられているインプラント周囲のバイオフィルム（BF）がどのように破壊され、どのように治療すべきかどうかというエビデンスについては基礎的な研究を含めて不足している。そこで，本研究では整形外科インプラント関連感染症において、インプラント周囲のBFをどのように破壊し、どのように治療すべきどうかを基礎実験の側面から明らかにすることを目的としている。

従来の細菌培養検査による最小発育阻止濃度（MIC）は浮遊細菌の発育を基準とした尺度であり、BF破壊を基準としたものではない。そのため、最小バイオフィルム撲滅濃度(MBEC)の測定について、BF形成実験の後にこれを破壊する抗菌薬の濃度を測定する方法について、検討を行った。
整形外科インプラント関連感染症における臨床分離株（24株）を用いて、バンコマイシン、ゲンタマイシン、リファンピシン、アミカシン、リネゾリド、ダプトマイシン、ミノサイクリンについて最小バイオフィルム撲滅濃度(MBEC)を測定する実験を行った。その結果を細菌培養検査におけるMIC値と比較し、人工関節周囲感染症における分離株においてMBEC/MIC比が高くなる傾向を確認した。
これらについては，各学会の学術集会等で発表を行っている．
今後、追加での臨床分離株での検討やインプラントの材質による検討、最適な抗菌薬濃度などについて検討していく予定である。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

バイオフィルム形成および最小バイオフィルム撲滅濃度の測定手法を確立できており、臨床分離株において最小バイオフィルム撲滅濃度が測定可能であることを検証している。

Strategy for Future Research Activity

今後はさらに追加での臨床分離株での検討やインプラントの材質による検討、最適な抗菌薬濃度などについて検討していく予定である。