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A chlorhexidine-releasing epoxy-based coating on titanium implants prevents Staphylococcus aureus experimental biomaterial-associated infection
European Cells and Materials Pub Date : 2017-02-14 00:00:00 , DOI: 10.22203/ecm.v033a11
M Riool , , AJ Dirks , V Jaspers , L de Boer , TJA Loontjens , CM van der Loos , S Florquin , I Apachitei , LND Rijk , HA Keul , SAJ Zaat

Prevention of biomaterial-associated infections (BAI) remains a challenging problem, in particular due to the increased risk of resistance development with the current antibiotic-based strategies. Metallic orthopaedic devices, such as non-cemented implants, are often inserted under high mechanical stress. These non-cemented implants cannot be protected by e.g. antibioticreleasing bone cement or other antimicrobial approaches, such as the use of bioactive glass. Therefore, in order to avoid abrasion during implantation procedures, we developed an antimicrobial coating with great mechanical stability for orthopaedic implants, to prevent Staphylococcus aureus BAI. We incorporated 5 and 10 wt % chlorhexidine in a novel mechanically stable epoxy-based coating, designated CHX5 and CHX10, respectively. The coatings displayed potent bactericidal activity in vitro against S. aureus, with over 80 % of the release (19 µg/cm2 for CHX5 and 41 µg/cm2 for CHX10) occurring within the first 24 h. In mice, the CHX10 coating significantly reduced the number of CFU (colony forming units), both on the implants and in the peri-implant tissues, 1 d after S. aureus challenge. The CHX10-coated implants were well-tolerated by the animals, with no signs of toxicity observed by histological analysis. Moreover, the coating significantly reduced the frequency of culture-positive tissues 1 d, and of culture-positive implants 1 and 4 d after challenge. In summary, the chlorhexidine-releasing mechanically stable epoxy-based CHX10 coating prevented implant colonisation and S. aureus BAI in mice and has good prospects for clinical development.



中文翻译:

钛植入物上的释放出氯己定的环氧基涂料可防止金黄色葡萄球菌与生物材料相关的实验性感染

预防生物材料相关感染(BAI)仍然是一个具有挑战性的问题,特别是由于当前基于抗生素的策略产生耐药性的风险增加。金属骨科器械,例如非骨水泥植入物,通常会在较高的机械应力下插入。这些非骨水泥植入物不能通过例如抗生素释放骨水泥或其他抗微生物方法(例如使用生物活性玻璃)来保护。因此,为了避免在植入过程中磨损,我们为整形外科植入物开发了具有极大机械稳定性的抗菌涂层,以防止金黄色葡萄球菌BAI。我们将5和10 wt%的洗必太掺入了一种新型的机械稳定的环氧基涂料中,分别命名为CHX5和CHX10。该涂层在体外显示出对金黄色葡萄球菌的有效杀菌活性,其中释放的80%以上(CHX5为19 µg / cm2,CHX10为41 µg / cm2)发生在最初的24小时内。在小鼠中,金黄色葡萄球菌攻击后1 d,CHX10涂层显着减少了植入物和植入物周围组织中CFU(菌落形成单位)的数量。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。而且,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠体内的移植物定植和金黄色葡萄球菌BAI的产生,并具有良好的临床开发前景。在最初的24小时内发生了80%以上的释放(CHX5为19 µg / cm2,CHX10为41 µg / cm2)。在小鼠中,金黄色葡萄球菌攻击后1 d,CHX10涂层显着减少了植入物和植入物周围组织中CFU(菌落形成单位)的数量。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。而且,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠体内的移植物定植和金黄色葡萄球菌BAI的产生,并具有良好的临床开发前景。在最初的24小时内发生了80%以上的释放(CHX5为19 µg / cm2,CHX10为41 µg / cm2)。在小鼠中,金黄色葡萄球菌攻击后1 d,CHX10涂层显着减少了植入物和植入物周围组织中CFU(菌落形成单位)的数量。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。而且,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠体内的移植物定植和金黄色葡萄球菌BAI的产生,并具有良好的临床开发前景。在小鼠中,金黄色葡萄球菌攻击后1 d,CHX10涂层显着减少了植入物和植入物周围组织中CFU(菌落形成单位)的数量。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。而且,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠体内的移植物定植和金黄色葡萄球菌BAI的产生,并具有良好的临床开发前景。在小鼠中,金黄色葡萄球菌攻击后1 d,CHX10涂层显着减少了植入物和植入物周围组织中CFU(菌落形成单位)的数量。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。此外,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠体内的移植物定植和金黄色葡萄球菌BAI的产生,并具有良好的临床开发前景。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。此外,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠中的植入物定植和金黄色葡萄球菌BAI,并具有良好的临床开发前景。动物对CHX10涂层的植入物耐受良好,通过组织学分析未观察到毒性迹象。而且,该涂层显着降低了攻击后培养阳性组织1d以及培养阳性植入物1和4d的频率。综上所述,释放出氯己定的机械稳定的环氧基CHX10涂层可防止小鼠体内的移植物定植和金黄色葡萄球菌BAI的产生,并具有良好的临床开发前景。
更新日期:2017-02-14
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