tibljТуберкулез и болезни легкихTuberculosis and Lung Diseases2075-12302542-1506Медицинские знания и технологии10.21292/2075-1230-2022-100-9-27-33tiblj-1674Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИORIGINAL ARTICLESПерспективы применения препаратов с известной противотуберкулезной активностью в составе костного цемента для лечения туберкулезных артритовProspects for Adding Drugs with Known Anti-tuberculosis Activity to the Composition of Bone Cement for Treatment of Tuberculous ArthritisПерецманасЕ. О.PeretsmanasE. O.

Перецманас Евгений Оркович, доктор медицинских наук, заслуженный врач РФ,руководитель научного отдела костно-суставной патологии

127473, Москва, ул. Достоевского, д. 4

Evgeniy O. Peretsmanas, Doctor of Medical Sciences, Honored Doctor of Russia, Head of Research Department of Osteoarticular Pathology

4, Dostoevsky St., Moscow, 127473

peretsmanas58@mail.ruЗубиковВ. С.ZubikovV. S.

Зубиков Владимир Сергеевич, доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник научного отдела. костно-суставной патологии

127473, Москва, ул. Достоевского, д. 4

Vladimir S. Zubikov, Doctor of Medical Sciences, Professor, Leading Researcher of Research Department of Osteoarticular Pathology

4, Dostoevsky St., Moscow, 127473

zubikovladimir@gmail.comПановаА. Е.PanovaA. E.

Панова Анна Евгеньевна, кандидат медицинских наук, заведующая отделением лабораторной диагностики, заведующая научной лаборатории микробиологии, вирусологии и молекулярно-биологических методов исследований

127473, Москва, ул. Достоевского, д. 4

Anna E. Panova, Candidate of Medical Sciences, Head of LaboratoryDiagnostics Department, Head of Scientific Laboratory of Microbiology, Virology and Molecular Biological Research Methods

4, Dostoevsky St., Moscow, 127473

anna_panova@bk.ruГрачеваА. Н.GrachevaA. N.

Грачева Александра Николаевна, врач-бактериолог лаборатории клинической микробиологии

127473, Москва, ул. Достоевского, д. 4

Ilya A. Gerasimov, Traumatologist-Orthopedist of Extrapulmonary Tuberculosis Department

4, Dostoevsky St., Moscow, 127473

Phone: +7-965-324-37-00

alnickgrach@mail.ruКазюлинаА. А.KazyulinaA. A.

Казюлина Анастасия Александровна,младший научный сотрудник лаборатории научной микробиологии, вирусологии и молекулярно-биологических методов исследований

127473, Москва, ул. Достоевского, д. 4

 

Anastasia A. Kazyulina, Junior Researcher of Scientific Laboratory of Microbiology, Virology and Molecular Biological Research Methods

4, Dostoevsky St., Moscow, 127473

nastellka@bk.ruГерасимовИ. А.GerasimovI. A.

Герасимов Илья Александрович, врач – травматолог-ортопед отделения туберкулеза внелегочных локализаций

127473, Москва, ул. Достоевского, д. 4

Тел.: +7-965-324-37-00

Ilya A. Gerasimov, Traumatologist-Orthopedist of Extrapulmonary Tuberculosis Department

4, Dostoevsky St., Moscow, 127473

Phone: +7-965-324-37-00

ilya-1559@rambler.ruФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр фтизиопульмонологии и инфекционных заболеваний» МЗ РФРоссияNational Medical Research Center of Phthisiopulmonology and Infectious DiseasesRussian Federation20221010202210092733Copyright © Перецманас Е.О., Зубиков В.С., Панова А.Е., Грачева А.Н., Казюлина А.А., Герасимов И.А., 20222022Перецманас Е.О., Зубиков В.С., Панова А.Е., Грачева А.Н., Казюлина А.А., Герасимов И.А.Peretsmanas E.O., Zubikov V.S., Panova A.E., Gracheva A.N., Kazyulina A.A., Gerasimov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.tibl-journal.com/jour/article/view/1674Цель исследования

Цель исследования: оценка возможности применения линезолида, амикацина, левофлоксацина и бедаквилина в смеси с костным цементом для лечения больных с туберкулезным артритом с учетом изменения механических свойств костного цемента, антимикобактериальной активности препаратов и характеристик их высвобождения.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изучались антимикобактериальные, элюционные и прочностные характеристики костного цемента, смешанного с известными своей противотуберкулезной активностью препаратами (линезолид, амикацин, левофлоксацин и бедаквилин). Антимикобактериальное действие оценивали по минимальной подавляющей концентрации (МПК) контрольного штамма Mycobacterium tuberculosis H37RV, чувствительного к противотуберкулезным препаратам (ПТП). Для изучения кинетики элюции применялся метод высокоэффективной масс-спектрометрии и спектрофотометрии. Прочностные характеристики определялись при помощи электромеханической испытательной машины LFM-50.

Результаты

Результаты. Получены удовлетворительные элюционные и антимикобактериальные показатели для линезолида и амикацина, что позволяет использовать их в смеси с костным цементом, при этом цемент сохранял прочностные характеристики. Левофлоксацин проявил антимикобактериальную активность только в течение 1-х сут после погружения образца с цементом в раствор. Бедаквилин показал отрицательные элюционные и антимикобактериальные характеристики в образце с цементом.

The objective

The objective: to evaluate the possibility of using linezolid, amikacin, levofloxacin and bedaquiline mixed with bone cement for the treatment of patients with tuberculous arthritis taking into account changes in mechanical properties of bone cement, antimycobacterial activity of drugs and characteristics of their release.

Subjects and Methods

Subjects and Methods. The antimycobacterial, elution and strength characteristics of bone cement mixed with the drugs known for their anti-tuberculosis activity were studied: linezolid, amikacin, levofloxacin, and bedaquiline. The antimycobacterial effect was evaluated by the minimum inhibitory concentration (MIC) of the reference strain of Mycobacterium tuberculosis H37RV sensitive to anti-tuberculosis drugs (TB drugs). To study the kinetics of elution, the methods of high-performance mass spectrometry and spectrophotometry were used. The strength characteristics were determined using LFM-50 electromechanical testing machine.

Results

Results. The obtained results demonstrated satisfactory elution and antimycobacterial parameters for linezolid and amikacin, thus they can be mixed with bone cement, and the cement retained its strength characteristics. Levofloxacin showed antimycobacterial activity only within 1 day after the cement sample was immersed in the solution. Bedaquiline showed negative elution and antimycobacterial characteristics in the cement sample.

костный цементпротивотуберкулезные препаратыэлюцияпрочностные характеристикиантимикобактериальная активностьbone cementanti-tuberculosis drugselutionstrength characteristicsantimycobacterial activityReferencesПерецманас Е. О., Артюхов А. А., Штильман М. И., Есин И. В., Зубиков В. С., Герасимов И. А. Исследование элюционных характеристик противотуберкулезных препаратов, смешанных с костным цементом // Туб. и болезни легких. ‒ 2021. ‒ Т. 99, № 4. ‒ С. 30-35. https://doi.org/10.21292/2075-1230-2021-99-4-30-35.E.O. Peretsmanas, A. A. Artyukhov, M. I. Shtilman, I. V. Esin, V. S. Zubikov, I. A. Gerasimov. Study of the elution characteristics of anti-tuberculosis drugs mixed with bone cement. Tuberculosis and Lung Diseases, 2021, vol. 99, no. 4, pp. 30-35. (In Russ.) https://doi.org/10.21292/2075-1230-2021-99-4-30-35.Anagnostakos K., Meyer C. Antibiotic elution from hip and knee acrylic bone cement spacers: a systematic review // Biomed. Res. Int. ‒ 2017. ‒ № 4657874. doi: 10.1155/2017/4657874. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar].Anagnostakos K., Meyer C. Antibiotic elution from hip and knee acrylic bone cement spacers: a systematic review. Biomed. Res. Int., 2017, no. 4657874. doi: 10.1155/2017/4657874. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar].Anis H. K., Sodhi N., Faour M., Klika A. K., Mont M. A., Barsoum W. K. et al. Effect of antibiotic-impregnated bone cement in primary total knee arthroplasty // J. Arthroplasty. ‒ 2019. ‒ Vol. 34. ‒ Р. 2091-2095. doi: 10.1016/j.arth.2019.04.033. [PubMed] [Google Scholar].Anis H.K., Sodhi N., Faour M., Klika A.K., Mont M.A., Barsoum W.K. et al. Effect of antibiotic-impregnated bone cement in primary total knee arthroplasty. J. Arthroplasty, 2019, vol. 34, pp. 2091-2095. doi: 10.1016/j.arth.2019.04.033. [PubMed] [Google Scholar].Atici T., Sahin N., Cavun S., Ozakin C., Kaleli T. Antibiotic release and antibacterial efficacy in cement spacers and cement beads impregnated with different techniques: in vitro study // Eklem Hastalik Cerrahisi. ‒ 2018. ‒ № 29. ‒ Р. 71-78. doi: 10.5606/ehc.2018.59021. [PubMed] [Google Scholar].Atici T., Sahin N., Cavun S., Ozakin C., Kaleli T. Antibiotic release and antibacterial efficacy in cement spacers and cement beads impregnated with different techniques: in vitro study. Eklem Hastalik Cerrahisi, 2018, no. 29, pp. 71-78. doi: 10.5606/ehc.2018.59021. [PubMed] [Google Scholar].Buyuk A. F., Sofu H., Camurcu I. Y., Ucpunar H., Kaygusuz M. A., Sahin V. Can teicoplanin be an effective choice for antibiotic-impregnated cement spacer in two-stage revision total knee arthroplasty? // J. Knee Surg. ‒ 2017. ‒ № 30. ‒ Р. 283-288. doi: 10.1055/s-0036-1584535. [PubMed] [Google Scholar].Buyuk A.F., Sofu H., Camurcu I.Y., Ucpunar H., Kaygusuz M.A., Sahin V. Can teicoplanin be an effective choice for antibiotic-impregnated cement spacer in two-stage revision total knee arthroplasty? J. Knee Surg., 2017, no. 30, pp. 283-288. doi: 10.1055/s-0036-1584535. [PubMed] [Google Scholar].Chang C. H., Hu C. C., Chang Y., Hsieh P. H., Shih H. N., Ueng S. W. N. Two-stage revision arthroplasty for Mycobacterium tuberculosis periprosthetic joint infection: An outcome analysis // PloS one. ‒ 2018. ‒ Vol. 13, № 9. ‒ Р. e0203585.Chang C.H., Hu C.C., Chang Y., Hsieh P.H., Shih H.N., Ueng S.W.N. Two-stage revision arthroplasty for Mycobacterium tuberculosis periprosthetic joint infection: An outcome analysis. PloS one, 2018, vol. 13, no. 9, pp. e0203585.Gandomkarzadeh M., Mahboubi A., Moghimi H. R. Release behavior, mechanical properties, and antibacterial activity of ciprofloxacin-loaded acrylic bone cement: a mechanistic study // Drug Devel. Industr. Pharmacy. – 2020. – Vol. 46, № 8. – С. 1209-1218.Gandomkarzadeh M., Mahboubi A., Moghimi H.R. Release behavior, mechanical properties, and antibacterial activity of ciprofloxacin-loaded acrylic bone cement: a mechanistic study. Drug Devel. Industr. Pharmacy, 2020, vol. 46, no. 8, pp. 1209-1218.Han C. D., Oh T., Cho S. N., Yang J. H., Park K. K. Isoniazid could be used for antibiotic-loaded bone cement for musculoskeletal tuberculosis: an in vitro study // Clin. Orthop. Rel. Res®. ‒ 2013. ‒ Vol. 471, № 7. ‒ Р. 2400-2406.Han C.D., Oh T., Cho S.N., Yang J.H., Park K.K. Isoniazid could be used for antibiotic-loaded bone cement for musculoskeletal tuberculosis: an in vitro study. Clin. Orthop. Rel. Res®, 2013, vol. 471, no. 7, pp. 2400-2406.Jameson S. S., Asaad A., Diament M., Kasim A., Bigirumurame T., Baker P. et al. Antibiotic-loaded bone cement is associated with a lower risk of revision following primary cemented total knee arthroplasty: an analysis of 731 214 cases using national joint registry data // Bone Joint J. ‒ 2019. ‒ Vol. 101B. ‒ Р. 1331-1347. doi: 10.1302/0301-620x.101b11.Bjj-2019-0196.R1. [PubMed] [Google Scholar].Jameson S.S., Asaad A., Diament M., Kasim A., Bigirumurame T., Baker P. et al. Antibiotic-loaded bone cement is associated with a lower risk of revision following primary cemented total knee arthroplasty: an analysis of 731 214 cases using national joint registry data. Bone Joint J., 2019, vol. 101B, pp. 1331-1347. doi: 10.1302/0301-620x.101b11.Bjj-2019-0196.R1. [PubMed] [Google Scholar].Kummer A., Tafin U. F., Borens O. Effect of sonication on the elution of antibiotics from polymethyl methacrylate (PMMA) // J. Bone Joint Infect. ‒ 2017. ‒ № 2. ‒ Р. 208-212. doi: 10.7150/jbji.22443. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]].Kummer A., Tafin U.F., Borens O. Effect of sonication on the elution of antibiotics from polymethyl methacrylate (PMMA). J. Bone Joint Infect, 2017, no. 2, pp. 208-212. doi: 10.7150/jbji.22443. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]].Lee J. H., Han C. D., Cho S. N., Yang I. H., Lee W. S., Baek S. H. How long does antimycobacterial antibiotic-loaded bone cement have in vitro activity for musculoskeletal tuberculosis? // Clin. Orthop. Relat. Res®. ‒ 2017. ‒ Vol. 475, № 11. ‒ Р. 2795-2804.Lee J.H., Han C.D., Cho S.N., Yang I.H., Lee W.S., Baek S.H. How long does antimycobacterial antibiotic-loaded bone cement have in vitro activity for musculoskeletal tuberculosis? Clin. Orthop. Relat. Res®, 2017, vol. 475, no. 11, pp. 2795-2804.Lee J. H., Shin S. J., Cho S. N., Baek S. H., Park K. K. Does the effectiveness and mechanical strength of kanamycin-loaded bone cement in musculoskeletal tuberculosis compare to vancomycin-loaded bone cement // J. Arthroplasty. ‒ 2020. ‒ Vol. 35, № 3. ‒ Р. 864-869.Lee J.H., Shin S.J., Cho S.N., Baek S.H., Park K.K. Does the effectiveness and mechanical strength of kanamycin-loaded bone cement in musculoskeletal tuberculosis compare to vancomycin-loaded bone cement. J. Arthroplasty, 2020, vol. 35, no. 3, pp. 864-869.Morejón Alonso L., Fernández Torres I., Zayas Tamayo Á. M., Ledea Lozano O. E., Durán Ramos I., Delgado García-Menocal J. Á., Rios-Donato N., Mendizábal E. Antibacterial effect of acrylic bone cements loaded with drugs of different action's mechanism // J. Infect. Dev. Ctries. ‒ 2019. ‒ Vol. 13, № 6. ‒ Р. 487-495. doi: 10.3855/jidc.10716. PMID: 32058983.Morejón Alonso L., Fernández Torres I., Zayas Tamayo Á.M., Ledea Lozano O.E., Durán Ramos I., Delgado García-Menocal J.Á., Rios-Donato N., Mendizábal E. Antibacterial effect of acrylic bone cements loaded with drugs of different action's mechanism. J. Infect. Dev. Ctries, 2019, vol. 13, no. 6, pp. 487-495. doi: 10.3855/jidc.10716. PMID: 32058983.Parra-Ruiz F. J., Gonzalez-Gomez A., Fernandez-Gutierrez M., Parra J., Garcia-Garcia J., Azuara G. et al. Development of advanced biantibiotic loaded bone cement spacers for arthroplasty associated infections // Int. J. Pharm. ‒ 2017. ‒ № 522. ‒ Р. 11–20. doi: 10.1016/j.ijpharm.2017.02.066. [PubMed] [Google Scholar].Parra-Ruiz F.J., Gonzalez-Gomez A., Fernandez-Gutierrez M., Parra J., Garcia-Garcia J., Azuara G. et al. Development of advanced biantibiotic loaded bone cement spacers for arthroplasty associated infections. Int. J. Pharm., 2017, no. 522, pp. 11–20. doi: 10.1016/j.ijpharm.2017.02.066. [PubMed] [Google Scholar.Xu Y. M., Peng H. M., Feng B., Weng X. S. Progress of antibiotic-loaded bone cement in joint arthroplasty // Chin. Med. J. (Engl). ‒ 2020. ‒ Vol. 133, № 20. ‒ Р. 2486-2494. doi:10.1097/CM9.0000000000001093.Xu Y.M., Peng H.M., Feng B., Weng X.S. Progress of antibiotic-loaded bone cement in joint arthroplasty. Chin. Med. J. (Engl.), 2020, vol. 133, no. 20, pp. 2486-2494. doi:10.1097/CM9.0000000000001093.Yuenyongviwat V., Ingviya N., Pathaburee P., Tangtrakulwanich B. Inhibitory effects of vancomycin and fosfomycin on methicillin-resistant Staphylococcus aureus from antibiotic-impregnated articulating cement spacers // Bone Joint. Res. ‒ 2017. ‒ № 6. ‒ Р. 132-136. doi: 10.1302/2046-3758.63.2000639. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar].Yuenyongviwat V., Ingviya N., Pathaburee P., Tangtrakulwanich B. Inhibitory effects of vancomycin and fosfomycin on methicillin-resistant Staphylococcus aureus from antibiotic-impregnated articulating cement spacers. Bone Joint Res., 2017, no. 6, pp. 132-136. doi: 10.1302/2046-3758.63.2000639. [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar].Zilberman M., Elsner J. J. Antibiotic-eluting medical devices for various applications // J. Control Release. ‒ 2008. ‒ Vol. 130, № 3. ‒ Р. 202-215.Zilberman M., Elsner J.J. Antibiotic-eluting medical devices for various applications. J. Control Release, 2008, vol. 130, no. 3, pp. 202-215.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.