難治性インプラント感染に対して炎症再生と抗菌の治療戦略で局所投与を行う基礎研究

2021 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K09621
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 黒田 隆 京都大学, 医学研究科, 講師 (20616099)
• 研究分担者: 田畑 泰彦 京都大学, ウイルス・再生医科学研究所, 教授 (50211371) ; 西谷 江平 京都大学, 医学研究科, 特定助教 (70782407)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 黄色ブドウ球菌 / 抗菌薬 / 局所投与 / 骨髄炎 / F G F / 骨折 / 偽関節

研究実績の概要

局所投与に必要な抗菌薬濃度を検討するための基礎的実験を行った。ステンレススクリューにin vitroでバイオフィルムを形成させ、ゲンタマイシン、バンコマイシン、セファゾリンを使用してスクリュー上でのminimal biofilm eradication concentration (MBEC)を検討した。
MRSA、MSSAともにゲンタマイシンでは128μg/mL、バンコマイシンでは256μg/mL 、セファゾリンではMRSAに対しては1024μg/mL を要した。昨年度に確立したラット大腿骨プレート感染モデルを作成し、抜去したスクリューを用いてex vivo MBECを検討した。２週間経過し、成熟したインプラント上のバイオフィルムに対するMBECはゲンタマイシンで512~1014μg/mL、バンコマイシン、セファゾリンでは2048μg/mL 以上となった。また、インプラントを再培養することによりインプラントに固着したバイオフィルムのMBECを求めると、全ての抗菌薬で4096μg/mL 以上を要した。抗菌薬の局所投与でもここまでの高濃度の達成は困難である。このため、抗菌薬の局所投与と合わせて、抗菌薬全身投与を行ったモデルで検討した。局所投与の抗菌薬として全身投与相当のリファンピシンを併用することで、MBECが低下し、14日経過後の成熟したバイオフィルムであっても、256μg/mLのゲンタマイシンで60%のインプラントにおいてバイオフィルム内の細菌を死滅させることができることがわかった。以上より、感染したインプラントを温存したまま治療するのに必要な抗菌薬濃度に対する知見が得られた。これまでに実施したハイドロゲル含有の抗菌薬を使い、抗菌薬局所濃度を有効濃度以上に達するような投与実験を行なっている。

研究成果

• [雑誌論文] Bone infection: a clinical priority for clinicians, scientists and educators (2021)
  • 著者名/発表者名: Moriarty TF, Muthukrishnan G, Daiss JL, Xie C, Nishitani K, Morita Y, Awad H, de Mesy Bentley KL, Masters E, Bui T, Yan M, Owen J, Mooney B, Gill S, Puetzler J, Wenke JC, Morgenstern M, Metsemakers WJ, Noll C, Joeris A, Richards RG, Schwarz EM, Kates SL
  • 雑誌名: European Cells and Materials 巻: 42 ページ: 312～333
  • DOI: 10.22203/eCM.v042a21
• [学会発表] [バイオフィルムを撲滅するために] インプラント感染が難治性となる病巣はどこに存在するのか バイオフィルムを中心に. (2021)
  • 著者名/発表者名: 西谷江平
  • 学会等名: 第44回日本骨・関節感染症学会