مروری بر ساختار هیدروکسی‌آپاتیت بارگذاری شده توسط آنتی بیوتیک‌های سیستمیک به عنوان سیستم رساننده‌ی آنتی‌بیوتیک در پوشش‌دهی شانزهای ارتوپدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه ارتوپدی، دانشکده پزشکی مرکز تحقیقات ارتوپدی بیمارستان قائم (عج)، دانشگاه علوم پزشکی مشهد، مشهد، ایران.

2 دانشیار ارتوپدی

چکیده

بروز عفونت بعنوان یکی از عوارض جراحی‌های ارتوپدی، عواقب بدی برای بیمار و سیستم مراقبت‌های بهداشتی به دنبال دارد. به طور کلی از بین رفتن بافت استخوان به دلیل تشکیل لایه‌ی زیستی روی فیکساتور کاشته شده رخ می‌دهد و منجر به شکسته-شدن ایمپلنت عفونی و متعاقبا ایجاد التهاب موضعی و تخریب استخوان می‌گردد. در این مقاله مروری، تأثیر هیدروکسی‌آپاتیت (HA) پوشش‌دهی شده بوسیله‌ی آنتی‌بیوتیک‌‌های سیستمیک، به دلیل فعالیت زیستی موثر و ساختار شیمیایی مناسب در درمان‌های حوزه‌ی ارتوپد مورد بررسی قرار داده می‌شود. ونکومایسین، جنتامایسین و توبرامابسین آنتی‌بیوتیک‌های رایج در جراحی‌های ارتوپدی می‌باشند. استفاده از آنتی‌بیوتیک‌های ذکر شده به‌صورتی تزریقی نمی‌تواند بصورت موثری عفونت ایحاد شده بر روی سطح ایمپلنت را کاهش داده و یا درمان کند. در این راستا استفاده از پوشش‌های آنتی بیوتیک‌دار بر روی سطح ایمپلنت می‌تواند روش موثرتری در کنترل عفونت بعد از جراحی‌های ارتوپدی باشد. محققان نشان می‌دهند که ایمپلنت‌های پوشش داده شده با هیدروکسی‌آپاتیت بارگذاری شده با آنتی‌بیوتیک‌ها، انتخاب مناسبی برای کاهش زمان بهبودی، کاهش بروز درد و رشد همزمان استخوان جدید روی ایمپلنت هستند. مطالعات نشان دادند که فعالیت ضدباکتریایی و کاربردهای بالینی ایمپلنت‌های پوشش‌دهی شده با هیدروکسی‌آپاتیت به‌همراه آنتی‌بیوتیک‌ها، در جراحی‌های ارتوپدی بسیار موثر می‌باشند. تمامی آنتی‌بیوتیک-های مورد بررسی نتایج مطلوبی را در خصوص درمان عفونت از خود نشان دادند و ونکومایسین با توجه به میزان زمان رهایش طولانی‌تر خود و کمترین میزان سمیت در مقایسه با آنتی بیوتیک‌های دیگر، می‌تواند به عنوان دارویی با نتایح بالینی موفق‌تر در بارگذاری در هیدروکسی آپاتیت به منظور پوشش‌دهی شانزهای ارتوپدی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

A review on the structure of hydroxyapatite loaded by systemic antibiotics as an antibiotic delivery system for covering orthopedic schanzes

نویسندگان [English]

  • Mehrnoush Nakhaei 1
  • Nafiseh jirofti 1
  • Mohammad Hosein Ebrahimzadeh 1
  • Ali Moradi 2
1 Department of Orthopedics, Ghaem Hospital, Mashhad University of Medical Science, P. O. Box 91388-13944, Mashhad, Iran
2 Associate Professor of Orthopedics, Hand Surgeon, PhD of Artificial Limbs
چکیده [English]

Occurrence of infection is one of the complications of orthopedic surgery, which has bad consequences for the patient and the health care system. Loosing of bone tissue occurs due to the formation of a biological layer on the implant fixator, and it leads to the breaking of the infected implant and subsequently to local inflammation and bone destruction. In this review article, the effect of hydroxyapatite-loaded with antibiotics, due to its effective biological activity and appropriate chemical structure in orthopedic treatments is investigated. Vancomycin, gentamicin and tobramabicin are common antibiotics in orthopedic surgeries. The use of these mentioned antibiotics by injection cannot effectively reduce or treat the infection on the surface of the implant. In this regard, the use of antibiotic coatings on the implant surface can be a more effective method in controlling infection after orthopedic surgeries. Studies show that the implants coated with hydroxyapatite-loaded with antibiotics are a suitable choice for useful applications such as reducing recovery time, reducing pain and simultaneous growth of new bone on the implant. Researchers showed that the antibacterial activity and clinical applications of implants coated with hydroxyapatite along with antibiotics are very effective in orthopedic surgeries. All the examined antibiotics showed favorable results in the treatment of infection, and Vancomycin, due to its longer release time and the lowest level of toxicity compared to other antibiotics, can be used as a medicine. With more successful clinical results, it can be used in hydroxyapatite loading in order to cover the orthopedic schanzes

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydroxyapatite
  • antibiotic
  • antibacterial activity
  • Vancomycin
.1 Balogh ZJ, Reumann MK, Gruen RL, Mayer-Kuckuk P, Schuetz MA, Harris IA, et al. Advances and future
directions for management of trauma patients with musculoskeletal injuries. The Lancet. 2012;380(9847):1109-19.
.2 Mita M, Nozaka K, Miyakoshi N, Shimada Y. Open tibial shaft fracture in a boy with autism spectrum disorder
treated using a ring external fixator: A case report. Trauma Case Reports. 2021;34:100502.
.3 Dibartola AC, Swearingen MC, Granger JF, Stoodley P, Dusane DH. Biofilms in orthopedic infections: a review of
laboratory methods. Apmis. 2017;125(4):418-28.
.4 Inzana JA, Schwarz EM, Kates SL, Awad HA. A novel murine model of established Staphylococcal bone infection
in the presence of a fracture fixation plate to study therapies utilizing antibiotic-laden spacers after revision surgery. Bone.
2015;72:128-36.
.5 Hart NH, Nimphius S, Rantalainen T, Ireland A, Siafarikas A, Newton R. Mechanical basis of bone strength:
influence of bone material, bone structure and muscle action. Journal of musculoskeletal & neuronal interactions.
2017;17(3):114.
.6 Markel MD. Bone structure and the response of bone to stress. Equine fracture repair. 2019:1-11.
.7 Black JD, Tadros BJ. Bone structure: from cortical to calcium. Orthopaedics and Trauma. 2020;34(3):1.13-9
.8 Ralston SH. Bone structure and metabolism. Medicine. 2013;41(10):581-5.
.9 Uysal I, Yilmaz B, Evis Z. Zn-doped hydroxyapatite in biomedical applications. Journal of the Australian Ceramic
Society. 2021;57(3):869-97.
.10 Hardeski D, Gaski G, Joshi M, Venezia R, Nascone JW, Sciadini MF, et al. Can applied external fixators be
sterilized for surgery? A prospective cohort study of orthopaedic trauma patients. Injury. 2016;47(12):2679-82.
.11 Torbert JT, Joshi M, Moraff A, Matuszewski PE, Holmes A, Pollak AN, et al. Current bacterial speciation and
antibiotic resistance in deep infections after operative fixation of fractures. Journal of orthopaedic trauma. 2015;29(1):7-17.
12 Gherasim O, Grumezescu AM, Grumezescu V, Negut I, Dumitrescu MF, Stan MS ,et al. Bioactive coatings based
on hydroxyapatite, kanamycin, and growth factor for biofilm modulation. Antibiotics. 2021;10(2):160.
.13 Khalid H, Chaudhry AA. Basics of hydroxyapatite—structure, synthesis, properties, and clinical applications.
Handbook of Ionic Substituted Hydroxyapatites: Elsevier; 2020. p. 85-115.
.14 Feroz S, Khan AS. Fluoride-substituted hydroxyapatite. Handbook of Ionic Substituted Hydroxyapatites: Elsevier;
2020. p. 175-96.
.15 Kalita SJ, Bhardwaj A, Bhatt HA. Nanocrystalline calcium phosphate ceramics in biomedical engineering. Materials
Science and Engineering: C. 2007;27(3):441-9.
.16 Irfan M, Irfan M. Overview of hydroxyapatite; composition, structure, synthesis methods and its biomedical uses.
Biomedical Letters. 2020;6(1.17-22:)
.17 Mostafa NY, Brown PW. Computer simulation of stoichiometric hydroxyapatite: Structure and substitutions.
Journal of Physics and Chemistry of Solids. 2007;68(3):431-7.
.18 Harbarth S, Pestotnik SL, Lloyd JF, Burke JP, Samore MH. The epidemiology of nephrotoxicity associated with
conventional amphotericin B therapy. The American journal of medicine. 2001;111(7):528-34.
.19 Kanellakopoulou K, Giamarellos-Bourboulis EJ. Carrier systems for the local delivery of antibiotics in bone
infections. Drugs.1223-32:)6(59;2000 .
.20 Krisanapiboon A, Buranapanitkit B, Oungbho K. Biocompatability of hydroxyapatite composite as a local drug
delivery system. Journal of Orthopaedic Surgery. 2006;14(3):315-8.
.21 Morris LM, Bajpai PK. Development of a resorbable tricalcium phosphate (TCP) amine antibiotic composite. MRS
Online Proceedings Library (OPL). 1987;110.
.22 Pham HH, Luo P, Génin F, Dash AK. Synthesis and characterization of hydroxyapatite-ciprofloxacin delivery
systems by precipitation and spray drying technique. AAPS PharmSciTech. 2002;3(1):1-9.
.23 Kamegai A, Shimamura N, Naitou K, Nagahara K, Kanematsu N, Mori M. Bone formation under the influence of
bone morphogenetic protein/self-setting apatite cement composite as a delivery system. Bio-Medical Materials and
Engineering. 1994;4(4):291-307.
.24 Otsuka M, Nakahigashi Y, Matsuda Y, Fox JL, Higuchi WI. A novel skeletal drug delivery system using self‐setting
calcium phosphate cement. 7. Effect of biological factors on lndomethacin release from the cement loaded on bovine bone.
Journal of pharmaceutical sciences. 1994;83(11):1569-73.
.25 Numata I, Cochrane MA, Souza Jr CM, Sales MH. Carbon emissions from deforestation and forest fragmentation
in the Brazilian Amazon. Environmental Research Letters. 2011.044003:)4(6;
.26 Winckler S, Overbeck J, Meffert R, Törmälä P, Spiegel H-U. Resorbable ciprofloxacin/polyglycol acid carrier in
the local therapy of chronic osteitis. European Journal of Orthopaedic Surgery & Traumatology. 1995;5(2):133-7.
.27 Kolmas J ,Krukowski S, Laskus A, Jurkitewicz M. Synthetic hydroxyapatite in pharmaceutical applications.
Ceramics International. 2016;42(2):2472-87.
.28 Kalalinia F, Taherzadeh Z, Jirofti N, Amiri N, Foroghinia N, Beheshti M, et al. Evaluation of wound healing
efficiency of vancomycin-loaded electrospun chitosan/poly ethylene oxide nanofibers in full thickness wound model of rat.
International journal of biological macromolecules. 2021;177:100-10.
.29 Szurkowska K, Laskus A, Kolmas J. Hydroxyapatite-based materials for potential use in bone tissue infections.
Hydroxyapatite—Advances in Composite Nanomaterials, Biomedical Applications and Its Technological Facets; Thirumalai,
J, Ed. 2018:109-35.
.30 Chai F, Hornez J-C, Blanchemain N, Neut C, Descamps M, Hildebrand H .Antibacterial activation of
hydroxyapatite (HA) with controlled porosity by different antibiotics. Biomolecular engineering. 2007;24(5):510-4.
.31 Nijhof MW, Dhert WJ, Fleer A, Vogely HC, Verbout AJ. Prophylaxis of implant‐related staphylococcal infections
using tobramycin‐containing bone cement. Journal of biomedical materials research. 2000;52(4):754-61.
.32 Akashi M, Tsuruta T, Hayashi T, Kataoka K, Ishihara K, Kimura Y. Polymer Drugs and Polymeric Drugs.
Biomedical Applications of Polymeric Materials CRC Press, Inc Boca Raton. 1993:371.
.33 Hench LL. Bioceramics: from concept to clinic. Journal of the american ceramic society. 1991;74(7):1487-510.
.34 Pitt CG. Poly-ε-caprolactone and its copolymers. Drugs and the pharmaceutical sciences. 1990;45:71.120-