kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2023-12-4S-80-89kpccz-1382Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. Патологическая физиология. Трансплантология и искусственные органыБИОДЕГРАДИРУЕМЫЕ ПРОТИВОСПАЕЧНЫЕ МЕМБРАНЫ С АНТИБАКТЕРИАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ ДЛЯ ПРИМЕНЕНИЯ В ХИРУРГИИBIODEGRADABLE ANTI-ADHESIVE MEMBRANES WITH ANTIBACTERIAL PROPERTIES FOR USE IN SURGERYhttps://orcid.org/0000-0002-6134-7468КудрявцеваЮлия АлександровнаKudryavtsevaYulia A.

доктор биологических наук заведующая отделом экспериментальной медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, Head of the Department of Experimental Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

kudryavtseva_yulia@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2810-3100КаноныкинаАнастасия ЮрьевнаKanonykinaAnastasia .Yu.

младший научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

Junior Researcher at the Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

anastasiakanonykina@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-1518-3888ШишковаДарья КирилловнаShishkovaDaria K.

кандидат биологических наук научный сотрудник лаборатории молекулярной, трансляционной и цифровой медицины федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, Researcher at the Laboratory of Molecular, Translational and Digital Medicine, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

shishkovadk@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0007-7750-3940ЕфремоваНаталья АлександровнаEfremovaNatalia A.

врач-бактериолог лаборатории клинической диагностики федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

Bacteriologist at the Clinical Diagnostic Laboratory, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

reception@kemcardio.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2404-2873ОнищенкоПавел СергеевичOnishchenkoPavel S.

младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

Junior Researcher at the Laboratory of New Biomaterials Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

onis.pavel@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-2814-4300БарбарашЛеонид СеменовичBarbarashLeonid S.

академик РАН, доктор медицинских наук, профессор главный научный сотрудник федерального государственного бюджетного научного учреждения «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний», Кемерово, Российская Федерация

PhD, Professor, Academician of the Russian Academy of Sciences, Chief Researcher, Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”, Kemerovo, Russian Federation

reception@kemcardio.ruФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»РоссияFederal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”Russian Federation202329122023124Sприложение8089Copyright © Кудрявцева Ю.А., Каноныкина А.Ю., Шишкова Д.К., Ефремова Н.А., Онищенко П.С., Барбараш Л.С., 20242024Кудрявцева Ю.А., Каноныкина А.Ю., Шишкова Д.К., Ефремова Н.А., Онищенко П.С., Барбараш Л.С.Kudryavtseva Y.A., Kanonykina A..., Shishkova D.K., Efremova N.A., Onishchenko P.S., Barbarash L.S.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/1382Основные положения

Основные положения

Образование спаек – классическое осложнение любого оперативного вмешательства, снижающее качество жизни пациентов и несущее риск летальных осложнений при повторных операциях. Также существует проблема инфицирования послеоперационной раны. В арсенале хирургов отсутствуют эффективные противоспаечные средства, обладающие собственной антибактериальной активностью.

 

 

Цель

Цель. Обоснование и разработка биодеградируемых противоспаечных мембран, обладающих собственной антибактериальной активностью.

Материалы и методы

Материалы и методы. Мембраны изготовлены методом электроспиннинга из композиции биодеградируемых полимеров: сополимер полилактид-со-гликолид (50:50) Мм 20–30 КДа и ε-капролактонон. Для придания мембране антибактериальных свойств в раствор полимеров добавляли антибиотик тигацил. Оценку структуры поверхности мембран проводили при помощи сканирующего электронного микроскопа. Изучали физико-механические и гемосовместимые свойства. Оценивали антибактериальную активность мембран после этапа изготовления, стерилизации и хранения в течение 24 мес.

Результаты

Результаты. Включение тигацила в состав мембраны способствовало снижению толщины волокна почти в 4 раза, при этом упаковка волокон стало более плотной, что сказалось на увеличении прочности модифицированных мембран. Образцы мембран до и после включения тигацила не оказывали негативного влияния на эритроциты. Полученные результаты подтверждают антибактериальную активность мембран в отношении Staphylococcus aureus и Klebsiella pneumoniae, а также сохранность данных свойств после этапа стерилизации и в течение двух лет хранения.

Заключение

Заключение. Включение тигацила в состав полимерной композиции позволяет создать биодеградируемую противоспаечную мембрану с собственной антибактериальной активностью, которая сохраняется на протяжении двух лет с момента ее изготовления. Включение тигацила в состав полимерного волокна не оказывает негативного влияния на исходные свойства мембраны.

Highlights

Highlights

Adhesion formation is a classic complication of any surgical intervention, which reduces the quality of life of patients and carries the risk of fatal complications during repeated surgery. Moreover, there is an issue of postoperative wound infection. Currently, there are no effective anti-adhesive agents with antibacterial activity in the arsenal of surgeons.

 

 

Aim

Aim. To justify and develop biodegradable anti-adhesive membranes with antibacterial activity.

Methods

Methods. The membranes were made by electrospinning using a composition of biodegradable polymers: polylactide-co-glycolide copolymer (50:50) Mm 20–30 KDa and ε-caprolactonone. The antibiotic Tigacil was added to the polymer solution to impart antibacterial properties to the membrane. The surface structure of the membranes was evaluated using a scanning electron microscope. Physical, mechanical and hemocompatibility properties were studied. The antibacterial activity of the membranes was evaluated after manufacturing, sterilization and storage for 24 months.

Results

Results. The inclusion of Tigacil in the membrane composition contributed to a decrease in fiber thickness by almost 4 times, while the packing of fibers became denser, which affected the increase in the strength of the modified membranes. Samples of membranes before and after the inclusion of Tigacil have no negative effect on erythrocytes The obtained results confirm the antibacterial activity of membranes against Staphylococcus aureus and Klebsiella pneumoniae, as well as the preservation of these properties after sterilization and during 2 years of storage.

Conclusion

Conclusion. The inclusion of Tigacil in the polymer composition makes it possible to create biodegradable anti-adhesive membranes with antibacterial activity, which is maintained for two years after the manufacture. The inclusion of Tigacil in the polymer fiber composition does not adversely affect the initial properties of the membrane.

Противоспаечные мембраныЭлектроспиннингГемосовместимостьАнтибактериальные свойстваТигацилAnti-adhesive membranesElectrospinningHemocompatibilityAntibacterial propertiesTigacilРезультаты получены при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ в рамках соглашения о предоставлении из федерального бюджета грантов в форме субсидий от 30 сентября 2022 г. № 075-15-2022-1202, комплексной научно-технической программы полного инновационного цикла «Разработка и внедрение комплекса технологий в областях разведки и добычи твердых полезных ископаемых, обеспечения промышленной безопасности, биоремедиации, создания новых продуктов глубокой переработки из угольного сырья при последовательном снижении экологической нагрузки на окружающую среду и рисков для жизни населения» (утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 11 мая 2022 г. № 1144-р).ReferencesБокерия Л.А., Сивцев В.С. Послеоперационный спаечный перикардит: факторы риска, патогенез и методы профилактики. Анналы хирургии.2014;6:7-15.Bockeria LA, Sivtsev VS. Postoperative pericardial adhesion: risk factors, pathogenesis and preventive methods Annaly khirurgii. 2014; 6: 7–15. (in Russ.)Луцевич О.Э., Акимов В.П., Ширинский В.Г., Бичев А.А. Спаечная болезнь брюшины: современный взгляд на патогенез и лечение. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2017;(10):100 108. doi:10.17116/hirurgia201710100-108Lutsevich O, Akimov VP, Shirinsky VG, Bichev AA. Adhesive disease of the peritoneum: modern view at pathogenesis and treatment. Pirogov Russian Journal of Surgery = Khirurgiya. Zurnal im. N.I. Pirogova. 2017;(10):100 108. (in Russ.) doi.org/10.17116/hirurgia201710100-108Шишкова Д.К., Насонова М.В., Кудрявцева Ю.А. Этиология, патогенез и профилактика спаечного процесса. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2017; 6: 143-149. doi:10.17802/2306-1278-2017-6-3-143-149Shishkova D.K., Nasonova M.V., Kudriavtseva Iu.A. Etiology, pathogenesis and prevention of adhesive disease / Complex Issues of Cardiovascular Diseases. 2017. 6. 143-149. (in Russ.) doi.org/ 10.17802/2306-1278-2017-6-3-143-149Андреев А.А., Остроушко А.П., Кирьянова Д.В., Сотникова Е.С., Бритиков В.Н. Спаечная болезнь брюшной полости. Вестник экспериментальной и клинической хирургии. 2017; 1(4):320-326. doi: 10.18499/2070-478X-2017-10-4-320-326Andreev A.A., Ostroushko A.P., Sotnikovа E.S., Kiryanova D.V., Britikov V.N. Adhesive Disease of the Abdominal Cavity. Journal of experimental and clinical surgery 2017; 10: 4: 320-326 (in Russ.) DOI: 10.18499/2070-478X-2017-10-4-320-326Ten Broek R.P., Bakkum E.A., Laarhoven C.J., van Goor H. Epidemiology and prevention of postsurgical adhesions revisited. Ann Surg. 2016;263(1):12–19. doi: 10.1097/SLA.0000000000001286Ten Broek R.P., Bakkum E.A., Laarhoven C.J., van Goor H. Epidemiology and prevention of postsurgical adhesions revisited. Ann Surg., 2016, no. 263(1), pp.12–19. doi: 10.1097/SLA.0000000000001286Маркосьян С.А., Лысяков Н.М. Этиология, патогенез и профилактика спайкообразования в абдоминальной хирургии. Новости хирургии. 2018;26 (6): 735–744. doi: 10.18484/2305-0047.2018.6.735S.A. Markosyan, N.M. Lysyakov/ Etiology, Pathogenesis and Prophylaxis of Adhesions in Abdominal Surgery // Novosti Khirurgii. 2018 Nov-Dec; Vol 26 (6): 735-744 (In Russ.) doi: 10.18484/2305-0047.2018.6.735Cannata A., Petrella D., Russo C.F., Bruschi G., Fratto P., Gambacorta M., Martinelli L. Postsurgical intrapericardial adhesions: mechanisms of formation and prevention. Ann Thorac Surg. 2013;95(5):1818-26. doi: 10.1016/j.athoracsur.2012.11.020.Postsurgical intrapericardial adhesions: mechanisms of formation and prevention / Cannata A., Petrella D., Russo C. F., Bruschi G., et al. // Ann. Thorac. Surg. 2013, 95(5): 1818–1826. doi: 10.1016/j.athoracsur.2012.11.020Hill M.A., Walkowiak O.A., Head W.T., Kwon J.H., Kavarana M.N., Rajab T.K. A review of animal models for post-operative pericardial adhesions. Front Surg. 2022;9:966410. doi: 10.3389/fsurg.2022.966410.A review of animal models for post-operative pericardial adhesions /Hill M.A., Walkowiak O.A., Head W.T., et al. // Front. Surg. 2022. 9:966410. doi: 10.3389/fsurg.2022.966410Park C.B., Suri R.M., Burkhart H.M., Greason K.L., Dearani J.A., Schaff H.V., Sundt T.M. 3rd. Identifying patients at particular risk of injury during repeat sternotomy: analysis of 2555 cardiac reoperations. J Thorac Cardiovasc Surg. 2010;140(5):1028-35. doi: 10.1016/j.jtcvs.2010.07.086.Identifying patients at particular risk of injury during repeat sternotomy: analysis of 2555 cardiac reoperations/ Park C.B., Suri R.M., Burkhart H.M., et al. // J Thorac Cardiovasc Surg. 2010/ 140(5):1028–35. doi: 10.1016/j.jtcvs.2010.07.086Рыбаков К.Д.,. Седнев Г.С, Морозов А.М., Рыжова Т.С., Минакова Ю.Е. Профилактика формирования спаечного процесса брюшной полости (обзор литературы). Вестник новых медицинских технологий. 2022; 29(1):22–28. doi: 10.24412/1609-2163-2022-1-22-28.Prevention of the formation of adhesions in the abdominal cavity (literature review)/ Rybakov KD, Sednev GS, Morozov AM, et al.//Journal of New Medical Technologies. 2022;1:22-28. DOI: 10.24412/1609-2163-2022-1-22-28. (In Russ.)Brochhausen C., Schmitt V.H., Planck C.N., Rajab T.K., Hollemann D., Tapprich C., Krämer B., Wallwiener C., Hierlemann H., Zehbe R., Planck H., Kirkpatrick C.J. Current strategies and future perspectives for intraperitoneal adhesion prevention. J Gastrointest Surg 2012; 16(6): 1256–1274. doi: 10.1007/s11605-011-1819-9Current strategies and future perspectives for intraperitoneal adhesion prevention / Brochhausen C., Schmitt V.H., Planck C.N., et al.//J Gastrointest Surg 2012; 16(6): 1256–1274. doi: 10.1007/s11605-011-1819-9Bilsel Y., Abci I. The search for ideal hernia repair; mesh materials and types. Int J Surg 2012; 10(6): 317–321. doi: 10.1016/j.ijsu.2012.05.002Bilsel Y., Abci I. The search for ideal hernia repair; mesh materials and types. Int J Surg 2012; 10(6): 317–321. doi: 10.1016/j.ijsu.2012.05.002Konertz W.F., Kostelka M., Mohr F.W., Hetzer R., Hübler M., Ritter J., Liu J., Koch C., Block J.E. Reducing the incidence and severity of pericardial adhesions with a sprayable polymeric matrix. Ann Thorac Surg. 2003;76(4):1270-4; discussion 1274. doi: 10.1016/s0003-4975(03)00733-1.Reducing the incidence and severity of pericardial adhesions with a sprayable polymeric matrix / W.F Konertz, M. Kostelka, F.W. Mohr, R. Hetzer et al.// Ann. Thorac. Surg. (2003) 76(4), 1270–1274. doi: 10.1016/s0003-4975(03)00733-1Schreiber C., Boening A., Kostolny M., Pines E., Cremer J., Lange R., Scheewe J. European clinical experience with REPEL-CV. Expert Rev Med Devices. 2007;4(3):291-5. doi: 10.1586/17434440.4.3.291.Rukovodstvo po ekspluatacii izdeliya medicinskogo naznacheniya «Bar'er (membrana) rassasyvayushchijsya kollagenovyj protivospaechnyj KolGARA». 2013. Instruction manual for medical device “KolGARA absorbable adhesion prevention collagen barrier (membrane)”. 2013.Экспериментальное обоснование использования противоспаечного барьера на основе коллагена в комбинации с биоцидами в условиях абдоминальной хирургической инфекции М.В. Кузнецова, М.П. Кузнецова, Е.В. Афанасьевская, В.А. Самарцев. Современные технологии в медицине. 2018; 10(2): 66–75. doi:10.17691/stm2018.10.2.07Kuznetsova M.V., Kuznetsova M.P., Afanasyevskaya E.V., Samartsev V.A. Experimental Grounds for Using Collagen-Based Anti-Adhesion Barrier Coated with Biocides for Prevention of Abdominal Surgical Infection. Sovremennye tehnologii v medicine 2018; 10(2): 66/ (In Russ.) https://doi.org/10.17691/stm2018.10.2.07Fujita M., Policastro G.M., Burdick A., Lam H.T., Ungerleider J.L., Braden R.L., Huang D., Osborn K.G., Omens J.H., Madani M.M., Christman K.L. Preventing post-surgical cardiac adhesions with a catechol-functionalized oxime hydrogel. Nat Commun. 2021;12(1):3764. doi: 10.1038/s41467-021-24104-w.Preventing post-surgical cardiac adhesions with a catechol-functionalized oxime hydrogel /M. Fujita, G.M. Policastro, A. Burdick, H.T. Lam, et al. //Nat Commun 12, 3764 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-24104-wHead W.T., Paladugu N., Kwon J.H., Gerry B., Hill M.A., Brennan E.A., Kavarana M.N., Rajab T.K. Adhesion barriers in cardiac surgery: A systematic review of efficacy. J Card Surg. 2022;37(1):176-185. doi: 10.1111/jocs.16062.Adhesion barriers in cardiac surgery: A systematic review of efficacy /W.T Head, N. Paladugu, J.H Kwon, B. Gerry, et al. / J Card Surg. 2022 Jan;37(1):176-185. doi: 10.1111/jocs.16062Salminen J. T., Mattila I. P., Puntila J. T., Sairanen, H. I. Prevention of postoperative pericardial adhesions in children with hypoplastic left heart syndrome. Interact. CardioVasc. Thorac. Surg. (2011).12, 270–272. doi: 10.1510/icvts.2010.241448.Salminen, J. T., Mattila, I. P., Puntila, J. T. & Sairanen, H. I. Prevention of postoperative pericardial adhesions in children with hypoplastic left heart syndrome. Interact. CardioVasc. Thorac. Surg. (2011).12, 270–272. doi: 10.1510/icvts.2010.241448Шурыгин М.Г., Шурыгина И.А. Перспективы профилактики спаечного процесса при оперативных вмешательствах на сердце. Acta biomedica scientifica. 2021; 6(6-2): 125-132. doi: 10.29413/ABS.2021-6.6-2.13Shurygin M.G., Shurygina I.A. / Prospects for prevention of adhesion process during cardiac surgical interventions // Acta Biomedica Scientifica. 2021;6(6-2):125-132. (In Russ.)]https://doi.org/10.29413/ABS.2021-6.6-2.13Чернявский А.М., Таркова А.Р., Рузматов Т.М., Морозов С.В., Григорьев И.А. Инфекции в кардиохирургии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2016;(5):64 68. doi:10.17116/hirurgia2016564-6810Schreiber, C. et al. European clinical experience with REPEL-CV®. Expert Rev. Med. Devices (2007) 4 (3), 291–295. doi: 10.1586/17434440.4.3.291Диагностика и лечение гнойного медиастенита – особая глава в истории хирургии. М.М. Абакумов. Хирургия. Журнал хирургии им. Н.И. Пирогова. 2019. №3, 105-110. doi:10.17116/hirurgia2019031105Cherniavskiĭ AM, Tarkova AR, Ruzmatov TM, Morozov SV, Grigor'ev IA. Infections in cardiac surgery. Pirogov Russian Journal of Surgery = Khirurgiya. Zurnal im. N.I. Pirogova. 2016;(5):64 68. (In Russ.) https://doi.org/10.17116/hirurgia2016564-6810Профилактика инфекций области хирургического вмешательства. Клинические рекомендации. Н. Новгород: Изд-во «Ремедиум Приволжье»; 2018.Abakumov M.M. Diagnosis and treatment of suppurative mediastinitis — a special chapter in the history of surgery. Khirurgiya. Zhurnal im. N.I. Pirogova. 2019;3(1):105-110. (In Russ.) https://doi.org/10.17116/hirurgia2019031105Kolasiński W. Surgical site infections - review of current knowledge, methods of prevention. Pol Przegl Chir. 2018;91(4):41-47. doi: 10.5604/01.3001.0012.7253.Profilaktika infekcij oblasti hirurgicheskogo vmeshatel'stva. Klinicheskie rekomendacii. – N. Novgorod: Izd-vo «Remedium Privolzh'e», 2018. – 72 s. (in In Russ.).Pieracci F.M., Barie Ph.S. Intra-abdominal infections.Current Opinion in Critical Care. 2007;13(4): 440-449. doi: 10.1097/MCC.0b013e32825a6720Kolasiński, W. Surgical site infections – review of current knowledge, methods of prevention / W. Kolasiński // Pol Przegl Chir. – 2018. – Vol. 91, № 4. – P. 41–47.Сборник методических рекомендаций по оценке биосовместимых свойств искусственных материалов, контактирующих с кровью. Под ред. Н.Б. Добровой, Т.И. Носковой, С.П. Новиковой, В.И. Севастьянова. М:;1991.70 с.Pieracci F.M., Barie Ph.S. / Intra-abdominal infections //Current Opinion in Critical Care. 2007.13(4):p 440-449. doi: 10.1097/MCC.0b013e32825a6720Sbornik metodicheskih rekomendacij po ocenke biosovmestimyh svojstv iskusstvennyh materialov, kontaktiruyushchih s krov'yu/Pod red. N.B. Dobrovoj, T.I. Noskovoj, S.P. Novikovoj, V.I. Sevast'yanova. – M:,1991.–70 s. (in Russ.).Sbornik metodicheskih rekomendacij po ocenke biosovmestimyh svojstv iskusstvennyh materialov, kontaktiruyushchih s krov'yu/Pod red. N.B. Dobrovoj, T.I. Noskovoj, S.P. Novikovoj, V.I. Sevast'yanova. – M:,1991.–70 s. (in Russ.).

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