Επίδραση της τυροσόλης και των κρουστικών υπερήχων σε βιοϋμένια του κορυνοβακτηριδίου της ακμής σε υλικά για ορθοπαιδικά εμφυτεύματα: μελέτη in vitro

Abstract

Previous studies have shown that Cutibacterium acnes is the most frequently isolated pathogen after shoulder arthroplasty. To address the burden of periprosthetic joint infections associated with this pathogen, new methods are necessary for the prevention and treatment of infections. The aim of this study was to investigate the impact of tyrosol against Cutibacterium acnes growth on titanium disks and the results of radial shock wave therapy against established C. acnes biofilms. Additionally, we compared the diagnostic accuracy between dithiothreitol (DTT) and sonication in patients undergoing revision joint surgery with a meta-analysis, because, although effective periprosthetic joint infection diagnostic techniques have been developed, the optimal modality has yet to be determined. MIC and MBC values were calculated for tyrosol. The effect of tyrosol-loaded DAC hydrogel and that of soluble tyrosol against the C. acnes biofilms was assessed by means of the XTT assay. Combined efficacy of tyrosol and rifampicin was evaluated with checkerboard testing. The results of radial extracorporeal shock wave therapy at a pressure 1.6 - 2.5 bar with a frequency ranging from 8 - 11Hz and 95 - 143 impulses per implant on C. acnes growth were assessed. Concerning the meta-analysis, the databases of PubMed, Scopus, and CENTRAL were searched until November 9th 2021 to identify articles assessing the diagnostic potential of sonication and DTT in adult patients undergoing revision joint replacement. The quality of included papers was evaluated utilizing QUADAS-2 and QUADAS-C tools. Tyrosol MIC and MBC values were 63 mM (9 mg/mL) and 250 mM (35 mg/mL), respectively. In addition, hydrogel loaded with tyrosol 1Μ (597 mg/mL) was no more effective than control in reducing C. acnes biofilm formation (median absorbance [MAs] for tyrosol versus control were 0.12 [IQR, 0.11–0.13] versus 0.14 [IQR, 0.12-0.16], respectively; p = 0.076). In contrast, soluble tyrosol 1Μ (597 mg/mL) inhibited biofilm formation compared with control (MAs for tyrosol and control groups were 0.11 [IQR, 0.09–0.13] versus 0.13 [IQR, 0.12–0.14], p = 0.007). In addition, synergy between tyrosol and rifampicin was documented with FICI = 0.56. It should be noted that a statistically significant reduction in the amount of biofilm relative to untreated control was documented when a 1.8 bar pressure setting with a frequency of 8Hz and 95 impulses was applied (median absorbance [MA] for intervention vs control groups was 0.9245 [IQR= 0.888 to 0.104] vs 0.7705 [IQR= 0.712 to 0.864], respectively, p=0.001). Regarding meta-analysis, pooled data from five studies showed a diagnostic accuracy of 86.7% (95%CI 82.7% to 90.1%) for DTT, and 83.9% (95% CI 79.7% to 87.5%) for sonication. Although implant coating with tyrosol-loaded hydrogel did not diminish C. acnes biofilm development in vitro, soluble tyrosol 1Μ (597 mg/mL) exceeded the meaningful biofilm inhibition threshold of 80%. For the management of established biofilms, combinations of shock waves and antibiotics could result in higher eradication rates. It should be noted that meta-analysis revealed no clinically meaningful difference between the diagnostic potential of sonication and the chemical-based biofilm dislodgment methods.

Tο κορυνοβακτηρίδιο της ακμής αποτελεί το συχνότερο μικρόβιο που ενοχοποιείται για περιπροθετικές λοιμώξεις μετά από αρθροπλαστική ώμου. Προκειμένου να αντιμετωπιστεί το κοινωνικοικονομικό πρόβλημα που απορρέει από τις επιπλοκές των περιπροθετικών λοιμώξεων, κρίνεται επιτακτική η ανάγκη για ανακάλυψη νέων, μη αντιβιοτικών μεθόδων πρόληψης και αντιμετώπισης. Σκοπός της διατριβής ήταν: 1) να αξιολογηθεί η δράση της υδατοδιαλυτής μορφής της τυροσόλης και της εμπλουτισμένης με τυροσόλη υδρογέλης έναντι του κορυνοβακτηριδίου της ακμής, καθώς και η συνέργεια της τυροσόλης με την ριφαμπικίνη, 2) να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα των ακτινωτών κρουστικών υπερήχων έναντι του κορυνοβακτηριδίου της ακμής, και 3) να συγκριθεί η διαγνωστική ακρίβεια του υπερηχητικού λουτρού και της διθειοθρεϊτόλης σε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση αρθροπλαστικής. Υπολογίστηκαν οι τιμές MIC και MBC για την τυροσόλη. Η αποτελεσματικότητα της εμπλουτισμένης με τυροσόλη υδρογέλης DAC και της υδατοδιαλυτής τυροσόλης παρουσία δίσκων τιτανίου μετρήθηκε με την ακολουθία XTT. Κατόπιν, αξιολογήθηκαν τα αποτελέσματα των ακτινωτών κρουστικών υπερήχων στο κορυνοβακτηρίδιο της ακμής, σε πίεση 1,6 - 2,5 bar, συχνότητα 8 - 11Hz και με 95 - 143 ώσεις ανά δίσκο. Επιπρόσθετα, μετά από αναζήτηση στο PubMed, στο Scopus και στο CENTRAL έως τις 9 Νοεμβρίου 2021, πραγματοποιήθηκε μια μετα-ανάλυση για την σύγκριση της διαγνωστικής ακρίβειας του υπερηχητικού λουτρού και της διθειοθρεϊτόλης σε ασθενείς που υποβλήθηκαν σε αναθεώρηση αρθροπλαστικής. Η ποιότητα των άρθρων αξιολογήθηκε με τα εργαλεία QUADAS-2 και QUADAS-C. Οι τιμές MIC και MBC για την τυροσόλη βρέθηκαν 63 mM (9 mg/mL) και 250 mM (35 mg/mL), αντίστοιχα. Η εμπλουτισμένη με τυροσόλη υδρογέλη 1M (597 mg/mL) δεν ήταν αποτελεσματική στην πρόληψη ανάπτυξης βιοϋμενίων [μέση οπτική απορρόφηση (ΜΟΑ) = 0,12 (ενδοτεταρτημοριακό εύρος = 0,11 έως 0,13) έναντι 0,14 για την ομάδα ελέγχου (ενδοτεταρτημοριακό εύρος = 0,12 έως 0,16), p = 0,076]. Η υδατοδιαλυτή μορφή της τυροσόλης 1M (597 mg/mL) ανέστειλε την ανάπτυξη βιοϋμενίων έναντι της ομάδας ελέγχου [ΜΟΑ = 0,11 (ενδοτεταρτημοριακό εύρος = 0,09 έως 0,13) έναντι 0,13 (ενδοτεταρτημοριακό εύρος = 0,12 έως 0,14), p = 0,007]. Επιπλέον, διαπιστώθηκε αθροιστική δράση μεταξύ της τυροσόλης και της ριφαμπικίνης με δείκτη αναστολής 0,56. Εξάλλου, παρατηρήθηκε στατιστικά σημαντική μείωση στο ποσοστό των βιοϋμενίων όταν εφαρμόστηκε συχνότητα 8Hz με 95 παλμούς και πίεση 1,8 bar [η MA για την ομάδα παρέμβασης έναντι της ομάδας ελέγχου ήταν 0,244 (ενδοτεταρτημοριακό εύρος = 0,215 έως 0,282) και 0,298 (ενδοτεταρτημοριακό εύρος = 0,247 έως 0,307), αντίστοιχα, p = 0,033]. Στην μετα-ανάλυση συμπεριλήφθηκαν 5 συγκριτικές μελέτες και η διθειοθρεϊτόλη είχε διαγνωστική ακρίβεια 86,7% (95%CI 82,7% έως 90,1%) έναντι 83,9% (95% CI 79,7% έως 87.5%) για το υπερηχητικό λουτρό. Παρόλο που η επικάλυψη με υδρογέλη με προσθήκη τυροσόλης δεν μείωσε σημαντικά την δημιουργία βιοϋμενίων σε συνθήκες in vitro, εντούτοις η υδατοδιαλυτή μορφή σε συγκέντρωση 596 mg/mL προκάλεσε μείωση μεγαλύτερη του 80% συγκριτικά με την ομάδα ελέγχου. Παρατηρήθηκε μείωση της τάξης του 50% περίπου σε ήδη σχηματισθέντα βιοϋμένια μετά την εφαρμογή κρουστικών υπερήχων in vitro. Συνεπώς, η μέθοδος με τους ακτινωτούς κρουστικούς υπερήχους θα μπορούσε να συνδυαστεί με αντιβιοτική αγωγή στην κλινική πράξη. Αναφορικά με τα ευρήματα της μετα-ανάλυσης, δεν παρατηρήθηκε κλινικά σημαντική διαφορά μεταξύ του υπερηχητικού λουτρού και της διθειοθρεϊτόλης.