Экспериментальное обоснование использования противоспаечного барьера на основе коллагена в комбинации с биоцидами в условиях абдоминальной хирургической инфекции

Цель исследования — оценить адгезивные свойства хирургического противоспаечного барьера на основе коллагена в комбинации с 0,05% водным раствором Хлоргексидина биглюконата и Пронтосаном в эксперименте in vitro.

Материалы и методы. В работе использовали хирургический барьер КолГАРА, состоящий из ренатурированного лошадиного коллагена I типа, и референтные штаммы: Еscherichia coli — АТСС^®25922, Klebsiella pneumoniae — АТСС^®700603, Pseudomonas aeruginosa — АТСС^®27853, Staphylococcus aureus — АТСС^®25923. Адгезию бактерий на барьере (мембране) без обработки и в комбинации с биоцидами оценивали методом прямого высева по количеству колониеобразующих единиц (КОЕ/см²) и с помощью атомно-силовой микроскопии через 24 ч и 6 сут.

Результаты. Представители всех таксонов в течение суток прикреплялись к поверхности мембраны, формируя биопленку из плотно прилегающих друг к другу палочек (E. coli, P. aeruginosa) или кокков (S. aureus), интегрированных между дезорганизованными коллагеновыми волокнами, либо были видны отдельно адгезированные бактерии (K. pneumoniae). Показатель Sq, характеризующий шероховатость поверхности биопленки, образованной бактериями S. aureus, составил 221,3±38,6 нм и был выше в 3,0; 3,8 и 3,6 раза по сравнению с таковым для E. coli (72,8±12,6 нм), K. pneumoniae (57,5±21,8 нм) и P. aeruginosa (60,8±22,1 нм) соответственно, а также превышал в 4,4 раза данный показатель для мембраны в контроле (50,3±26,3 нм). Выявлена деградация коллагена в случае контаминации бактериями — продуцентами протеаз с коллагеназной активностью: P. aeruginosa на 24 ч и S. aureus на 6 cут. Адсорбция биоцида на поверхности мембраны после ее кратковременной экспозиции в растворе Хлоргексидина биглюконата или Пронтосана приводила к ингибированию роста и прикрепления клеток типовых штаммов бактерий, за исключением P. aeruginosa. В экспериментальных моделях и на агаризованной среде, и в суспензионной культуре Хлоргексидина биглюконат оказался более эффективным, чем Пронтосан. Разница в ингибировании биоцидами адгезии бактерий к мембране не связана с изменением шероховатости ее поверхности.

Заключение. Пропитывание хирургической мембраны антибактериальными соединениями непосредственно перед началом имплантации может служить дополнительным методом профилактики абдоминальной хирургической инфекции.

1. Кондратович Л.М. Основы понимания формирова­ния спаечного процесса в брюшной полости. Интра­опера­ционная профилактика противоспаечными барьерными пре­­паратами (обзор литературы). Вестник новых медицин­ских технологий 2014; 21(3): 169–173, https://doi.org/10.12737/5929.
2. Назаренко А.А., Акимов В.П. Преодоление адгезио­генеза. Медицинский вестник юга России 2014; 4: 15–18.
3. Аюшинова Н.И., Шурыгина И.А., Шурыгин М.Г., Пана­сюк А.И. Современные подходы к профилактике спаечного процесса в брюшной полости. Сибирский медицинский жур­нал (Иркутск) 2011; 105(6): 16–20.
4. Снегирев И.В., Миронов В.И., Башлыков Д.В. Острая кишечная непроходимость неопухолевого генеза: диагностика и лечение. Сибирский медицинский журнал 2010; 99(8): 163–165.
5. Bilsel Y., Abci I. The search for ideal hernia repair; mesh materials and types. Int J Surg 2012; 10(6): 317–321, https://doi.org/10.1016/j.ijsu.2012.05.002.
6. Brochhausen C., Schmitt V.H., Planck C.N., Rajab T.K., Hollemann D., Tapprich C., Krämer B., Wallwiener C., Hierlemann H., Zehbe R., Planck H., Kirkpatrick C.J. Current strategies and future perspectives for intraperitoneal adhesion prevention. J Gastrointest Surg 2012; 16(6): 1256–1274, https://doi.org/10.1007/s11605-011-1819-9.
7. Koc O., Duran B., Topcuoglu A., Bugdayci G., Yilmaz F., Dönmez M. Intraperitoneal administration of single dose type I collagen or low dose melatonin to prevent intraperitoneal adhesion formation: а comparative study. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol 2009; 145(2): 209–213, https://doi.org/10.1016/j.ejogrb.2009.05.019.
8. Sullivan E.K., Kamstock D.A., Turner A.S., Goldman S.M., Kronengold R.T. Evaluation of a flexible collagen surgical patch for reinforcement of a fascial defect: experimental study in a sheep model. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2008; 87(1): 88–94, https://doi.org/10.1002/jbm.b.31073.
9. Lee C.H., Singla A., Lee Y. Biomedical applications of collagen. Int J Pharm 2001; 221(1–2): 1–22, https://doi.org/10.1016/s0378-5173(01)00691-3.
10. Горский В.А., Сивков А.С., Агапов М.А., Титков Б.Е., Щадский С.О. Первый опыт интраабдоминального исполь­зо­вания однослойной коллагеновой пластины. Хирургия. Жур­нал им. Н.И. Пирогова 2015; 5: 59–61, https://doi.org/10.17116/hirurgia2015559-61.
11. Schönleben F., Reck T., Tannapfel A., Hohenberger W., Schneider I. Collagen foil (TissuFoil E) reduces the formation of adhesions when using polypropylene mesh for the repair of experimental abdominal wall defects. Int J Colorectal Dis 2006; 21(8): 840–846, https://doi.org/10.1007/s00384-006-0091-z.
12. Руководство по эксплуатации изделия медицинского назначения «Барьер (мембрана) рассасывающийся колла­геновый противоспаечный КолГАРА». 2013.
13. Pérez-Köhler B., García-Moreno F., Bayon Y., Pascual G., Bellón J.M. Inhibition of Staphylococcus aureus adhesion to the surface of a reticular heavyweight polypropylene mesh soaked in a combination of chlorhexidine and allicin: an in vitro study. PLoS One 2015; 10(5): e0126711, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0126711.
14. Liang H.-C., Chang Y., Hsu C.-K., Lee M.-H., Sung H.-W. Effects of crosslinking degree of an acellular biological tissue on its tissue regeneration pattern. Biomaterials 2004; 25(17): 3541–3552, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2003.09.109.
15. Силуянов С.В., Алиев С.Р. Первый опыт применения противоспаечной коллагеновой мембраны при операциях на органах брюшной полости и малого таза. Русский меди­цинский журнал 2015; 23(13): 789–795.
16. Birkenhauer E., Neethirajan S., Weese J.S. Collagen and hyaluronan at wound sites influence early polymicrobial biofilm adhesive events. BMC Microbiology 2014; 14(1): 191, https://doi.org/10.1186/1471-2180-14-191.
17. García-Pumarino R., Pascual G., Rodríguez M., Pérez-Köhler B., Bellón J.M. Do collagen meshes offer any benefits over preclude® ePTFE implants in contaminated surgical fields? A comparative in vitro and in vivo study. J Biomed Mater Res B Appl Biomater 2014; 102(2): 366–375, https://doi.org/10.1002/jbm.b.33015.
18. Trafny E.A., Kowalska K., Grzybowski J. Adhesion of Pseudomonas aeruginosa to collagen biomaterials: effect of amikacin and ciprofloxacin on the colonization and survival of the adherent organisms. J Biomed Mater Res 1998; 41(4): 593–599, https://doi.org/10.1002/(sici)1097-4636(19980915)41:4593::aid-jbm113.0.co;2-g.
19. Clarke S.R., Foster S.J. Surface adhesins of Staphylococcus aureus. Adv Microb Physiol 2006; 51: 187–224, https://doi.org/10.1016/s0065-2911(06)51004-5.
20. Plotkowski M.C., Chevillard M., Pierrot D., Altemayer D., Zahm J.M., Colliot G., Puchelle E. Differential adhesion of Pseudomonas aeruginosa to human respiratory epithelial cells in primary culture. J Clin Invest 1991; 87(6); 2018–2028, https://doi.org/10.1172/jci115231.
21. Stepińska M., Trafny E.A. Modulation of Pseudomonas aeruginosa adherence to collagen type I and type II by carbohydrates. FEMS Immunol Med Microbiol 1995; 12(3–4): 187–194, https://doi.org/10.1016/0928-8244(95)00066-6.
22. Pouttu R., Puustinen T., Virkola R., Hacker J., Klemm P., Korhonen T.K. Amino acid residue Ala-62 in the FimH fimbrial adhesion is critical for the adhesiveness of meningitis-associated Escherichia coli to collagens. Mol Microbiol 1999; 31(6): 1747–1757, https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.1999.01311.x.
23. Rêgo A.T., Johnson J.G., Gelbel S., Enguita F.J., Clegg S., Waksman G. Crystal structure of the MrkD1P receptor binding domain of Klebsiella pneumoniae and identification of the human collagen V binding interface. Mol Microbiol 2012; 86(4): 882–893, https://doi.org/10.1111/mmi.12023.
24. Sadava E.E., Krpata D.M., Gao Y., Novitsky Y.W., Rosen M.J. Does presoaking synthetic mesh in antibiotic solution reduce mesh infections? An experimental study. J Gastrointest Surg 2013; 17(3): 562–568, https://doi.org/10.1007/s11605-012-2099-8.
25. Wiegering A., Sinha B., Spor L., Klinge U., Steger U., Germer C.T., Dietz U.A. Gentamicin for prevention of intraoperative mesh contamination: demonstration of high bactericide effect (in vitro) and low systemic bioavailability (in vivo). Hernia 2014; 18(5): 691–700, https://doi.org/10.1007/s10029-014-1293-x.
26. Yabanoğlu H., Arer İ.M, Çalıskan K. The effect of the use of synthetic mesh soaked in antibiotic solution on the rate of graft infection in ventral hernias: a prospective randomized study. Int Surg 2015; 100(6): 1040–1047, https://doi.org/10.9738/intsurg-d-14-00304.1.
27. Абдоминальная хирургическая инфекция (клас­си­фика­ция, диагностика, антимикробная терапия). Рос­сий­ские национальные рекомендации. Под ред. Савель­ева В.С., Гельфанда Б.Р. М: ООО «Компания Боргес»; 2011.
28. Morrissey I., Hackel M., Badal R., Bouchillon S., Hawser S., Biedenbach D. A review of ten years of the study for monitoring antimicrobial resistance trends (SMART) from 2002 to 2011. Pharmaceuticals 2013; 6(11): 1335–1346, https://doi.org/10.3390/ph6111335.
29. Sartelli M., Catena F., Ansaloni L., Coccolini F., Corbella D., Moore E.E., Malangoni M., Velmahos G., Coimbra R., Koike K., Leppaniemi A., Biffl W., Balogh Z., Bendinelli C., Gupta S., Kluger Y., Agresta F., Di Saverio S., Tugnoli G., Jovine E., Ordonez C.A., Whelan J.F., Fraga G.P., Gomes C.A., Pereira G.A., Yuan K.C., Bala M., Peev M.P., Ben-Ishay O., Cui Y., Marwah S., Zachariah S., Wani I., Rangarajan M., Sakakushev B., Kong V., Ahmed A., Abbas A., Gonsaga R.A., Guercioni G., Vettoretto N., Poiasina E., Díaz-Nieto R., Massalou D., Skrovina M., Gerych I., Augustin G., Kenig J., Khokha V., Tranà C., Kok K.Y., Mefire A.C., Lee J.G., Hong S.K., Lohse H.A., Ghnnam W., Verni A., Lohsiriwat V., Siribumrungwong B., El Zalabany T., Tavares A., Baiocchi G., Das K., Jarry J., Zida M., Sato N., Murata K., Shoko T., Irahara T., Hamedelneel A.O., Naidoo N., Adesunkanmi A.R., Kobe Y., Ishii W., Oka K., Izawa Y., Hamid H., Khan I., Attri A., Sharma R., Sanjuan J., Badiel M., Barnabé R. Complicated intra-abdominal infections worldwide: the definitive data of the CIAOW Study. World J Emerg Surg 2014; 9(1): 37, https://doi.org/10.1186/1749-7922-9-37.
30. Sanders D.L., Kingsnorth A.N., Lambie J., Bond P., Moate R., Steer J.A. An experimental study exploring the relationship between the size of bacterial inoculum and bacterial adherence to prosthetic mesh. Surg Endosc 2013; 27(3): 978–985, https://doi.org/10.1007/s00464-012-2545-4.
31. Caballero A., Thibodeaux B., Marquart M., Traidej M., O’Callaghan R. Pseudomonas keratitis: protease IV gene conservation, distribution, and production relative to virulence and other Pseudomonas proteases. Invest Ophthalmol Vis Sci 2004; 45(2): 522–530, https://doi.org/10.1167/iovs.03-1050.
32. Kida Y. Roles of Pseudomonas aeruginosa-derived proteases as a virulence factor. Nihon Saikingaku Zasshi 2013; 68(4): 313–323, https://doi.org/10.3412/jsb.68.313.
33. Leidal K.G., Munson K.L., Johnson M.C., Denning G.M. Metalloproteases from Pseudomonas aeruginosa degrade human RANTES, MCP-1, and ENA-78. J Interferon Cytokine Res 2003; 23(6): 307–318, https://doi.org/10.1089/107999003766628151.
34. Bailey A.J. The fate of collagen implants in tissue defects. Wound Repair Regen 2000; 8(1): 5–12, https://doi.org/10.1046/j.1524-475x.2000.00005.x.
35. Ohbayashi T., Irie A., Murakami Y., Nowak M., Potempa J., Nishimura Y., Shinohara M., Imamura T. Degradation of fibrinogen and collagen by staphopains, cysteine proteases released from Staphylococcus aureus. Microbiology 2011; 157(3): 786–792, https://doi.org/10.1099/mic.0.044503-0.
36. Suphatharaprateep W., Cheirsilp B., Jongjareonrak A. Production and properties of two collagenases from bacteria and their application for collagen extraction. N Biotechnol 2011; 28(6): 649–655, https://doi.org/10.1016/j.nbt.2011.04.003.
37. Zhang Y.Z., Ran L.Y., Li C.Y., Chen X.L. Diversity, structures, and collagen-degrading mechanisms of bacterial collagenolytic proteases. Appl Environ Microbiol 2015; 81(18): 6098–6107, https://doi.org/10.1128/aem.00883-15.
38. Кузнецова М.В., Еньчева Ю.А., Самарцев В.А. Влия­ние хлоргексидина и Пронтосана на смешанную и моно­видовые биопленки, образованные Staphylococcus aureus и Pseudomonas aeruginosa. Антибиотики и химиотерапия 2015; 60(11–12): 15–22.
39. Pirog T.P., Konon A.D., Beregovaya K.A., Shulyakova M.A. Antiadhesive properties of the surfactants of Acinetobacter calcoaceticus IMB B-7241, Rhodococcus erythropolis IMB Ac-5017, and Nocardia vaccinii IMB B-7405. Microbiology 2014; 83(6): 732–739, https://doi.org/10.1134/s0026261714060150.
40. Паршиков В.В., Самсонов А.А., Романов Р.В., Сам­со­­нов А.В., Градусов В.П., Треушников В.В., Успен­ский И.В., Сорокина О.В. Оперативное лечение ущем­лен­ных грыж с применением сетчатых эндопротезов. Ниже­городский ме­­д­и­цинский журнал 2008; 6: 19–22.
41. Gristina A.G., Naylor P., Myrvik Q. Infections from biomaterials and implants: a race for the surface. Med Prog Technol 1988; 14(3–4): 205–224.

Kuznetsova M.V., Kuznetsova M.P., Afanasyevskaya E.V., Samartsev V.A. Experimental Grounds for Using Collagen-Based Anti-Adhesion Barrier Coated with Biocides for Prevention of Abdominal Surgical Infection. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(2): 66, https://doi.org/10.17691/stm2018.10.2.07