2020 Fiscal Year Research-status Report
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
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19K09621
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
黒田 隆 京都大学, 医学研究科, 講師 (20616099)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
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)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 黄色ブドウ球菌 / 抗菌薬 / 抗菌薬 / 骨髄炎 / F G F / 偽関節 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
昨年度確立されたラット黄色ブドウ球菌脛骨骨髄炎モデル用いて、抗菌薬全身投与の効果を確認した。セファゾリン、ゲンタマイシン、バンコマイシン単独および、リファンピンとの組み合わせ投与を行った。感染3日目までに抗菌薬を投与した場合、ゲンタマイシン＋リファンピン、バンコマイシン+リファンピンでインプラント上のバイオフィルムの有意な減少と、細菌量の有意な減少が確認されたが、感染7日目で抗菌薬を投与した場合、どの組み合わせでも効果はみられなかった。感染３日目投与において、セファゾリン、ゲンタマイシン、バンコマイシ＋リファンピン投与において、インプラント上、組織内ともにコロニー形成単位が有意に減少し、コロニーが確認されない例も存在した。また、インプラントを走査電子顕微鏡で確認すると、バイオフィルムの成熟が抑制されており、組織染色においても、骨破壊の顕著な抑制が見られたが、腐骨内には黄色ブドウ球菌を示すグラム染色が残存していた。抗菌薬全身投与でのインプラント感染治療の限界が示唆された。
局所投与に必要な抗菌薬濃度を検討する基礎実験を行った。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、スクリュー上でのminimal biofilm eradication concentration (MBEC)を検討した。MRSA、MSSAともにminimal inhibitory concentrations (MIC)の数十～数百倍の濃度の抗菌薬が必要となった。次にin vivoでのMBECを検討するため実臨床に近い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。In vivo MBECより５～１０倍の抗菌薬が必要であることがわかった。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。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年の実験により、ゼラチンハイドロゲルへのバンコマイシン及びゲンタマイシンの含有は可能であり、in vitroでは黄色ブドウ球菌の増殖抑制効果が確認できている。今年度、インプラント感染のバイオフィルム内の黄色ブドウ球菌を死滅させる抗菌薬の必要濃度を検討し、MICの100倍以上の濃度が必要となることがわかった。現在のゼラチンハイドロゲルへのンコマイシン及びゲンタマイシンの含有では、感染予防効果は得られると考えるが、感染したインプラントを治療する十分な効果が期待できる、最低数日間の継続した十分濃度の抗菌薬徐放が得られるまでには至っていない。今後抗菌薬局所投与方法の再検討が必要である。
黄色ブドウ球菌及び表皮ブドウ球菌インプラント関連骨髄炎の動物モデルの確立は終了し使用可能である。また、実臨床に近い、プレートとスクリューを用いた大腿骨インプラント感染モデルも作成し、使用が可能である。動物実験での抗菌薬とFGFとのシナジー効果の検討は次年度以降の検討になる。
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| Strategy for Future Research Activity |
抗菌薬とF G Fを両方含有したハイドロゲルによるインプラント感染の治療を目指しているが、十分な濃度の抗菌薬の徐放が難しければ、抗菌薬は全身投与もしくは、浸透圧ポンプなどを使用した局所投与を行い、FGFを含有したハイドロゲルを感染部位に使用することによるシナジー効果の検討を考慮する。また、抗菌薬局所投与と全身投与を組み合わせることにより、MB E Cの低下が得られないかを検討する必要がある。今年度、臨床に近い大腿骨プレート感染モデルを作成できたが、さらに臨床に即した骨折感染性偽関節モデルなどの作成を行う予定である。そのモデルを用いて、インプラント感染の制御と、骨癒合の促進効果両方の検討を行いたいと考えている。
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