Биосовместимость и особенности деградации полимерных противоспаечных мембран с антибактериальной активностью

При проведении операций на органах брюшной и грудной полости основная доля послеоперационных осложнений представлена образованием спаек или развитием инфекционного процесса, что приводит к снижению качества жизни пациентов, необходимости проведения повторной операции и нередко служат причиной летальных исходов. Решением данной проблемы может стать применение интраоперационно биодеградируемых противоспаечных мембран, обладающих собственной антибактериальной активностью.

Цель. Разработка полимерных противоспаечных мембран с собственной противовоспалительной и антибактериальной активностью, оценка их биосовместимости и биодеградации в экспериментах in vivo.

Материалы и методы. Мембраны изготовлены методом электроспиннинга из композиции биодеградируемых полимеров: сополимер полилактид-со-гликолид (50:50) и полилактид-со-гликолид (85:15). Для придания мембране антибактериальных свойств в раствор полимеров добавляли антибиотик Тигацил в различной дозировке - 0,125; 0,25 и 0,5 мг/мл полимерного раствора. Оценивали антибактериальную активность мембран in vivo. Изучали физико-механические свойства и оценивали структуру поверхности мембран при помощи сканирующего электронного микроскопа. Биосовместимость и динамику биодеградации оценивали in vivo путем имплантации лабораторным животным (крысы) на сроки 14 суток, 1, 2 и 3 месяца с последующим гистологическим изучением эксплантированных образцов.

Результаты. Полимерные мембраны, изготовленные методом электроспиннинга, без включения Тигацила состоят из нитей, толщина которых составила 1,63 мкм (1,42-2,85 мкм), при включении в состав волокна Тигацила, толщина волокна снижается до 1,2 мкм (0,977 - 1,89 мкм), при этом нити более плотно и упорядоченно расположены. Прочность и модуль упругости мембран с Тигацилом почти в 2 раза выше, чем у образцов без включения препарата. Максимальный антибактериальный эффект был достигнут при дозировке Тигацила 0,5 мг/мл - зона подавления Staphylococcus aureus при концентрации Тигацила 0,125 мг/мл составила 146%, 0,25 мг/ мл - 152% и при концентрации 0,5 мг/мл -11,5 мм 177%. Включение Тигацила привело к снижению темпов биодеградация образцов in vivo. Образцы подвергались биодеградации без признаков острого и хронического воспаления.

Заключение. Включение Тигацила в состав мембраны придает ей антибактериальные свойства, при этом оптимальная концентрация Тигацила составила 0,5 мг/мл полимерного раствора. Включение Тигацила в состав полимерной композиции оказывает влияние на морфологию мембран, увеличивает прочность и модуль упругости, что привело к снижению темпов деградации при имплантации подкожно крысам. Отсутствие признаков воспаления подтверждает биосовместимость разработанных мембран.

1. Профилактика инфекций области хирургического вмешательства. Клинические рекомендации. Н. Новгород: Ремедиум Приволжье, 2018. 72 с.

2. Андреев А.А., Остроушко А.П., Кирьянова Д.В., Сотникова Е.С., Бритиков В.Н. Спаечная болезнь брюшной полости. Вестник экспериментальной и клинической хирургии. 2017;11(4):320-326. https://doi.org/10.18499/2070-478X-2017-10-4-320-326

3. Azoury S.C., Norma E.F., Qing L.H., Kevin C.S., Caitlin W.H., Faris K.A., Rodriguez-Unda N.A., Poruk K.E., Cornell P., Burce K.K., Cooney C.M., Nguyen H.T., Eckhauser F.E. Postoperative abdominal wound infection - epidemiology, risk factors, identification, and management. Chronic Wound Care Management and Research. 2015;2:137-148. https://doi.org/10.2147/CWCMR.S62514

4. Бокерия Л.А., Сивцев В.С. Послеоперационный спаечный перикардит: факторы риска, патогенез и методы профилактики. Анналы хирургии. 2014;6:7-15.

5. ten Broek R.P., Bakkum E.A., Laarhoven C.J., van Goor H. Epidemiology and Prevention of Postsurgical Adhesions Revisited. Ann. Surg. 2016;263(1):12-19. https://doi.org/10.1097/SLA.0000000000001286

6. Попов Д.А. Послеоперационные инфекционные осложнения в кардиохирургии. Анналы хирургии. 2013;5:15-21.

7. Salminen J.T., Mattila I.P., Puntila J.T., Sairanen H.I. Prevention of postoperative pericardial adhesions in children with hypoplastic left heart syndrome. Interact. Cardiovasc. Thorac. Surg. 2011;12(2):270-272. https://doi.org/10.1510/icvts.2010.24144

8. Маркосьян С.А., Лысяков Н.М. Этиология, патогенез и профилактика спайкообразования в абдоминальной хирургии. Новости хирургии. 2018;26(6):735-744. https://doi.org/10.18484/2305-0047.2018.6.735

9. Абдоминальная хирургическая инфекция : Российские национальные рекомендации / под. ред. акад. Б.Р. Гельфанда, акад. РАН А.И. Кириенко, проф. Н.Н. Хачатрян. 2-е изд., перераб. и доп. Moscow: ООО «Медицинское информационное агентство», 2018. 168 с.

10. Aga E., Keinan-Boker L., Eithan A., Mais T., Rabinovich A., Nassar F. Surgical site infections after abdominal surgery: incidence and risk factors. A prospective cohort study. Infect. Dis (Lond). 2015;47(11):761-767. https://doi.org/10.3109/23744235.2015.1055587

11. Чернявский А.М., Таркова А.Р., Рузматов Т.М., Морозов С.В., Григорьев И.А. Инфекции в кардиохирургии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2016;(5):64-68. https://doi.org/10.17116/hirurgia2016564-68

12. Jayakumar S., Khoynezhad A., Jahangiri M. Surgical Site Infections in Cardiac Surgery. Crit. Care Clin. 2020;36(4):581-592. https://doi.org/10.1016/j.ccc.2020.06.006

13. Абакумов М.М. Диагностика и лечение гнойного медиастинита -особая глава в истории хирургии. Хирургия. Журнал хирургии им. Н.И. Пирогова. 2019;3(1):105-110. https://doi.org/10.17116/hirurgia2019031105

14. Степин А.В. Этиология инфекции области хирургического вмешательства после операций на открытом сердце: одноцентровое десятилетнее наблюдение. РМЖ. 2022;7:2-6.

15. Sahu M.K., Siddharth B., Choudhury A., Vishnubhatla S., Singh S.P., Menon R., Kapoor P.M., Talwar S., Choudhary S., Airan B. Incidence, microbiological profile of nosocomial infections, and their antibiotic resistance patterns in a high volume Cardiac Surgical Intensive Care Unit. Ann. Card. Anaesth. 2016;19(2):281-7. https://doi.org/10.4103/0971-9784.179625.

16. Park C.B., Suri R.M., Burkhart H.M., Greason K.L., Dearani J.A., Schaff H.V., Sundt T.M. Identifying patients at particular risk of injury during repeat sternotomy: analysis of 2555 cardiac reoperations. J. Thorac. Cardiovasc. Surg. 2010;140(5):1028-1035. https://doi.org/10.1016/j.jtcvs.2010.07.086.

17. Head W.T., Paladugu N., Kwon J.H., Gerry B., Hill M.A., Brennan E.A., Kavarana M.N., Rajab T.K. Adhesion barriers in cardiac surgery: A systematic review of efficacy. J. Card. Surg. 2022;37(1):176-185. https://doi.org/10.1111/jocs.16062.

18. Хромова В. Н. Постгоспитальные послеоперационные осложнения в абдоминальной хирургии. Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Медицинские науки. 2011;2(18):128-135.

19. Рыбаков К.Д., Седнев Г.С., Морозов А.М., Рыжова Т.С., Минакова Ю.Е. Профилактика формирования спаечного процесса брюшной полости (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2022. 29(1):22-28. https://doi.org/10.24412/1609-2163-2022-1-22-28

20. Самарцев В.А., Кузнецова М.В., Гаврилов В.А. Кузнецова М.П., Паршаков А.А. Противоспаечные барьеры в абдоминальной хирургии: современное состояние проблемы. Пермский медицинский журнал. 2017;XXXIV(2):87-93.

21. Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А. Перспективы профилактики спаечного процесса при оперативных вмешательствах на сердце. Acta biomedica scientifica. 2021;6(6-2):125-132. https://doi.org/1010.29413/ABS.2021-6.6-2.13

22. Мохов Е.М., Сергеева А.Н. Имплантационная антимикробная профилактика инфекции обрасти хирургического вмешательства. Сибирское обозрение. 2017;(3):75-81. https://doi.org/10.20333/25001362017-3-75-81

23. Назарчук А.А., Вернигородский С.В., Палий В.Г., Назарчук Г.Г. Экспериментальное исследование эффективности антимикробных хирургических материалов, содержащих декаметоксин. Новости хирургии. 2018;26(1):16-23. https://doi.org/10.18484/2305-0047.2018.1.16