• Biofilm
• protesi ortopediche
• CBR
• DFR

L’infezione protesica rappresenta la terza causa di fallimento dell’impianto protesico nell’intervento primario ed è la prima causa nella chirurgia di revisione entro i primi cinque anni. Nonostante i progressi diagnostici raggiunti negli ultimi anni, la percentuale di infezione protesica è sottostimata, perché rimangono ancora incertezze sul criterio diagnostico. Le infezioni del sito chirurgico rappresentano una potenziale complicanza nella chirurgia ortopedica protesica, con un’incidenza che varia da 0,5% al 3% per i primi impianti di protesi totale d’anca e protesi totale di ginocchio, arrivando fino al 20% in caso di revisioni.
Il presente lavoro di tesi è stato condotto nell’ambito del Progetto di Ricerca d’Ateneo, PRA 2017_18 con l’obiettivo di sviluppare approcci innovativi di prevenzione, diagnosi e trattamento delle infezioni da biofilm associate all’uso di dispositivi medici. A tale scopo, sono stati messi a confronto modelli di studio del biofilm microbico in vitro, utilizzando sistemi statici e dinamici; in particolare in quest’ultimo caso sono stati allestiti bioreattori, quali il CDC Biofilm Reactor (CBR) e il Drip Flow Biofilm Reactor (DFR). Al fine di effettuare uno studio comparativo; all’interno dei bioreattori sono stati alloggiati supporti costituiti da differenti materiali ortopedici, nano-strutturati e nano-rivestiti. Il biofilm sviluppato su tali supporti è stato sottoposto a moderate e ad alte forze di taglio, per valutare la capacità delle specie microbiche di aderire in differenti condizioni dinamiche. I materiali indagati sono stati scelti tra quelli impiegati nella produzione di protesi articolari: il policarbonato, il titanio (Ti6Al4V), l’acciaio steeless-316, il carbonio, il carbonio-peek, il cobalto-cromo, il titanio rivestito di nano-particelle d’argento e cobalto-cromo rivestito di nano-particelle d’argento. Sono state utilizzate diverse specie batteriche, nello specifico Staphylococcus epidermidis ATCC 35984, che esprime i geni icaA e icaD codificanti l’adesina PIA polysaccharide-intercellular-adhesin, e Pseudomonas aeruginosa, ATCC 700888.
I bioreattori sono stati allestiti secondo lo Standard Operation Protocol definito dal produttore. Sospensioni dei ceppi in fase stazionaria (1 x 108 UFC/mL) cresciute in 30 g/L Trypticase Soy Broth (Oxoid, UK) 37°C, 18h, sono state utilizzate per la fase di inoculo del bioreattore e adesione della specie indagata (18h). Successivamente, il bioreattore è stato perfuso in continuo con Trypticase Soy Broth (Oxoid, UK) e mantenuto a 37°C, sottoponendo i supporti a differenti forze di taglio: forza rotazionale di 80-120 r.p.m. per il CBR e la forza gravitazionale per il DFR. Dopo 48h, il biofilm sviluppatosi sui coupons è stato prelevato ed analizzato. La vitalità cellulare è stata determinata quantitativamente attraverso due metodiche: il saggio colorimetrico MTT (3-(4,5-dimethylthiazol-2-
yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide, Sigma, USA) e la determinazione delle cellule vitali su cm2 (UFC/cm2). Il saggio MTT si basa su di una reazione colorimetrica dovuta alla riduzione del MTT da parte delle cellule vitali, con la formazione di un prodotto solido colorato, che viene reso solubile da un solvente appropriato (DMSO, Dimetilsulfossido, Sigma, USA) e quantificato spettrofotometricamente (570 nm). La seconda metodica di valutazione segue il protocollo standardizzato ASTM E2647 – 13, che prevede l’omogenizzazione del biofilm estratto per raschiamento e la semina di diverse diluizioni dello stesso campione, in duplicato, in terreni agarizzati.
Lo studio di nuovi materiali capaci di inibire l’adesione microbica ha permesso di ottenere informazioni utili per le applicazioni industriali, identificando le proprietà intrinseche dei materiali che costituiscono i dispositivi medici, al fine di prevenire le infezioni biofilm-correlate.