Etablierung eines Kleintiermodells zur Simulation einer Two-Stage-Revision Procedure bei Implantat-assoziierter Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus Infektion : eine experimentelle Studie am Kaninchen

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2021

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http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-493

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Implantat-assoziierte Infektionen stellen eine enorme Herausforderung für Patienten, behandelnde Ärzte und das gesamte Gesundheitssystem dar. Besonders dann, wenn sie durch Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) hervorgerufen werden. Mitunter können sie zu verheerenden Komplikation und Funktionsbeeinträchtigungen führen und im schlimmsten Fall den Verlust der betroffenen Gliedmaßen bedeuten. Trotz umfangreicher Therapiekonzepte liegen noch immer hohe Reinfektions- und Therapieversagensraten vor. Eine Verbesserung der aktuellen chirurgischen Behandlung ist daher notwendig. Dazu bedarf es neuer Infektionsmodelle, die den aktuellen klinischen Goldstandard widerspiegeln und zur Erprobung verbesserter Therapiemöglichkeiten dienen können. Tiermodelle spielen dabei eine wichtige Rolle. Neben einem bereits etablierten, anspruchsvollen und kostenintensiven Großtiermodell gibt es noch kein Kleintiermodell, welches eine zweizeitige Revision adäquat simuliert. Ziel der vorliegenden Arbeit war es daher, ein präklinisches Kleintiermodell zu entwickeln, um eine zweizeitige Prothesenrevision bei Implantat-assoziierte MRSA-Infektion im Sinne einer failed revision zu simulieren. Hierfür wurden zwölf New Zealand White Kaninchen K-Drähte in den Markraum der linken Tibia implantiert und anschließend mit MRSA beimpft. Es wurden zwei verschiedene klinische Isolate von MRSA-Stämmen (EDCC 5398 - Eugen Domann Culture Collection Nr. 5398 und EDCC 5443 -Eugen Domann Culture Collection Nr. 5443, je Institut für medizinische Mikrobiologie, Gießen) in zwei unterschiedlichen Konzentrationen (105 und 107 Colony Forming Units (CFUs)) verwendet. Diese Aufteilung führte zu vier Gruppen mit je drei Kaninchen. Das Studiendesign sah einen Beobachtungszeitraum von insgesamt 84 Tagen vor. Nach 28 Tagen wurden die K- Drähte entfernt und ein Debridement durchgeführt, sowie ein Vancomycin-beladener PMMA-Spacer eingesetzt (Stage 1). Nach weiteren 28 Tagen, an Tag 56, erfolgte Stage 2. Dabei erfolgten Spacer-Entfernung, ein erneutes Debridement und K-Drähte wurden zur Simulation der Re-Implantation erneut eingesetzt. An Tag 84 erfolgte die Euthanasie aller Tier und neben der mikrobiologischen Auswertung der K-Drähten und des Knochenmarks wurden die einzelnen Tibiae radiologisch und Knochenproben histologisch analysiert. Zusätzlich erfolgte über den gesamten Beobachtungszeitraum eine klinische Beurteilung der Tiere sowie umfangreiche Gewichtskontrollen. Elf Kaninchen überlebten die gesamte Studiendauer, was einer Überlebensrate von 91,7 % entspricht. Innerhalb der ersten vier Wochen konnte bei jedem Tier eine manifeste K- Draht-assoziierte Infektion etabliert werden. Durch Debridement und Spacerimplantation bei Revision 1 (Stage 1) konnte die Infektion in Gruppe I zu 67 % und in den Gruppen III und IV zu 33 % eradiziert werden. Ein Wiederauftreten der Infektion konnte durch die mikrobiologische Auswertung an Tag 84 in neun von elf Tieren (allen Tieren der Gruppen I und IV) festgestellt werden. Sowohl die Röntgenanalyse als auch die Histologie zeigten nach zwölf Wochen in den meisten Fällen deutliche Anzeichen einer Osteomyelitis. Die hohe Überlebensrate, die klinischen Beobachtungen und die Gewichtsentwicklung bestätigten den für die Tiere ethisch vertretbaren Stress während des langen Versuchsvorhabens. Zusammenfassend bietet das in dieser Arbeit präsentierte Kleintiermodell einen ersten vielversprechenden präklinischen Ansatz zur Entwicklung neuer Behandlungsstrategien für Implantat-assoziierte Infektionen. Sowohl die hohen Überlebens- als auch Reinfektionsraten zeigen den Erfolg des gewählten Studiendesigns, trotz diverser Limitationen. Daher kann dieses Modell als geeignet für nachfolgende präklinische in vivo Tests angesehen werden.

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