一种新型慢性脊柱植入物相关感染的啮齿动物模型

背景：脊柱内固定物的细菌感染是脊柱融合手术中的重大挑战。尽管术中将万古霉素粉末局部应用于减轻感染是常见做法，但这种给药途径的抗菌效果持续时间短暂。因此，需要新型载抗生素骨移植物以及可靠的动物模型来测试这些疗法，以提高脊柱融合手术中减少感染措施的有效性。目的：本研究旨在建立一种临床相关的大鼠脊柱植入物相关感染模型，以评估用于脊柱融合的抗菌骨移植材料。研究设计：慢性脊柱植入物相关感染的啮齿动物研究。方法：将锚定并跨越L4和L5椎体的内固定物接种生物发光耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）。使用活体成像系统（IVIS）监测感染8周。收获脊柱并进行组织学评估，对收获的植入物和脊柱组织中的菌落形成单位（CFU）进行定量。结果：术后体内细菌感染分析显示，在8周感染期的前4周，MRSA组与磷酸盐缓冲液（PBS）对照组之间存在分层，表明急性感染成功建立。在8周的慢性感染期内，接种1×10⁵ MRSA CFU和1×10⁶ MRSA CFU的组表现出显著高于PBS对照组的生物发光（分别为p=0.009和p=0.041）。植入后8周的组织学检查显示，所有MRSA接种组均存在局限于植入部位的脓肿，其中1×10⁵ MRSA CFU和1×10⁶ MRSA CFU接种组的脓肿形成最为广泛。植入后8周收获的脊柱组织培养CFU定量显示，1×10⁵ MRSA CFU接种组是与PBS对照组相比平均CFU计数显著更高的唯一组（p=0.017）。此外，所有接种组中，从收获的脊柱组织中CFU定量高于从收获的植入物中的CFU定量。结论：我们的模型表明，1×10⁵ MRSA CFU的接种剂量在器械固定的椎体内表现出最 robust 的慢性感染。该剂量与对照相比生物发光信号差异最大（p<0.01），死亡率最低（0%，而1×10⁶ MRSA CFU接种组为50%），并且从收获的脊柱样本中获得的CFU数量显著高于对照收获的脊柱样本。此外，组织学分析证实了这种新型植入相关感染啮齿动物模型在建立所有接种组MRSA感染和生物膜形成方面的可靠性。临床意义：该模型旨在模拟脊柱融合手术中使用的内固定物的感染，涉及植入部位和材料。该模型可评估潜在的抗菌和成骨生物材料，并研究植入物相关感染与融合失败之间的关系。