< Terug naar vorige pagina

Project

Fractuur-gerelateerde infectie: optimalisatie van diagnostische principes en de ontwikkeling van alternatieve strategieën voor preventie en behandeling

Fractuur-gerelateerde infectie (FGI) blijft een belangrijke complicatie na musculoskeletale traumachirurgie. Deze infecties worden vaak veroorzaakt door bacteriën die een biofilm vormen op het oppervlak van implantaten en necrotisch bot. Dergelijke biofilms beschermen de bacterie van eradicatie door het humaan immuunsysteem en zijn tolerant aan de meeste antibiotica, zelfs in afwezigheid van specifieke antibioticaresistentiegenen. Biofilm-gerelateerde infecties worden daarom doorgaans gezien als antibioticaresistent en moeilijk te behandelen. Hoewel er veel studies en richtlijnen beschikbaar zijn voor zijn tegenhanger in de orthopedie, periprothetische gewrichtsinfecties (PGI), heeft het onderzoek naar FRI een grotere achterstand. Om deze redenen is er een belangrijke klinische vraag naar nieuwe inzichten voor FGI, waarbij een vroege diagnose en de ontwikkeling van nieuwe preventiestrategieën belangrijker worden. Daarenboven, in tijden waarbij antimicrobiële resistentie een wereldwijd probleem vormt, wordt de ontwikkeling van alternatieve behandelingsstrategieën tevens belangrijker.

In het eerste deel van deze thesis werden de diagnostische principes voor FRI onderzocht. In het eerste hoofdstuk wordt een systematic review beschreven die de evidentie samenvat voor het in cultuur brengen van sonicatievloeistof, histopathologie en moleculaire diagnostiek. Er werden tien studies geïncludeerd, waarvan vijf focusten op sonicatie, drie op histopathologie en twee op moleculaire diagnostiek. Hoewel alle vijf studies veelbelovende resultaten rapporteerden voor het gebruik van sonicatie, waren deze studies van lage kwaliteit. Hierdoor kon niet aangetoond worden dat het in cultuur brengen van sonicatievloeistof superieur is aan de standaard diepe weefselculturen. Het zou echter wel een nuttige aanvulling kunnen zijn, voornamelijk bij patiënten die preoperatief behandeld werden met antibiotica. Wat betreft histopathologie en moleculaire technieken, was er nog minder evidentie gezien het kleine aantal patiënten waarbij deze diagnostische technieken werden geëvalueerd. De studie in hoofdstuk 2 voorziet een retrospectieve evaluatie van het diagnosticeren van FGI van de lange pijpbeenderen, waarbij diepe weefselculturen die verkregen werden uit het Reamer-Irrigator-Aspirator (RIA) systeem vergeleken werden met de standaard diepe weefselculturen. Het RIA-systeem wordt gebruikt voor het opriemen van het intramedullair kanaal, wat nodig is om debris rond het verwijderde implantaat (intramedullaire nagel) en in het kanaal zelf te verwijderen. Het oververhitten van het bot en verspreiding van bacteriën – ernstige nevenwerkingen die gerelateerd zijn aan standaard intramedullair riemen – worden beperkt door het gebruik van een wegwerpbare, scherpe riemkop, koude irrigatie en aspiratie van het debris in een filter. Als een ‘proof-of-concept’ toont deze cohortstudie aan dat het RIA-systeem een potentiële rol zou kunnen hebben in de diagnose van FRI als een aanvulling voor standaard diepe weefselculturen, vooral bij patiënten waarbij het moeilijk is om adequate en voldoende weefselstalen te nemen. Echter, verder onderzoek is nodig voor deze aanpak routinematig kan worden toegepast in de klinische praktijk. In hoofdstuk 3 van deze thesis, werd de consensus definitie voor FRI gevalideerd in een multicentrische, retrospectieve studie. Patiënten die een revisie-ingreep ondergingen vanwege het vermoeden van een FGI werden geïncludeerd in de studie. Als referentiestandaard werd de intentie om te behandelen (zoals aanbevolen door het multidisciplinair team) gebruikt om patiënten toe te wijzen aan de FGI groep of de controlegroep. Onze resultaten tonen aan dat de aanwezigheid van eender welk confirmatief diagnostisch teken (excl. histopathologie) geassocieerd is aan een sensitiviteit van 97.5%, een specificiteit van 100% en een bijna perfect onderscheidend vermogen van 0.99 voor de diagnose van FRI. Het nemen van adequate diepe weefselstalen kan tevens aanzien worden als een onmisbare stap voor de diagnose alsook voor een gepaste behandeling van FGI. Onze resultaten suggereren dat, wanneer een enkele diepe weefselcultuur positief is met een virulent pathogeen, er een sterk vermoeden moet zijn dat een FGI aanwezig is. Met betrekking tot de radiologische tekenen - zoals gezien op standaard radiografie, CT of MRI - bevestigt deze studie dat radiologische evaluatie weinig bijdraagt aan de diagnose van een FGI. Verder onderzoek is nodig voor de diagnostische waarde van nucleaire beeldvorming voor FGI. Hoewel de leukocytentelling een hoge specificiteit had in onze studie, had deze parameter geen positieve invloed op het onderscheidend vermogen wanneer hij geëvalueerd werd met andere confirmatieve en suggestieve klinische tekenen voor FGI. Serum inflammatoire markers blijven daarom suggestieve tekenen voor infectie. Ze kunnen eventueel nuttiger zijn tijdens de opvolging van de patiënt. Anderzijds is de aanwezigheid van klinische suggestieve tekenen zoals lokale warmte, zwelling of roodheid, wonddrainage en koorts geassocieerd met een sterk vermoeden dat een FGI aanwezig is. Echter, wanneer deze parameters niet aanwezig zijn, kan FGI niet uitgesloten worden. Deze resultaten benadrukken het belang van het evalueren van sets van confirmatieve en suggestieve diagnostische criteria, eerder dan uitsluitend te concentreren op de aanwezigheid van individuele criteria.

Het tweede deel van deze thesis focust op alternatieve preventie- en behandelingsstrategieën voor FRI. Hoofdstuk 4 geeft een overzicht van de huidige evidentie voor faagtherapie in de behandeling van orthopedische implantaat-gerelateerde infecties (OIGIs). Er zijn weinig in vitro studies die gebruik maken van bacteriële isolaten uit OIGIs. Er zijn echter wel meer studies die het potentieel van bacteriofagen evalueren om biofilmvorming te inhiberen. De beschikbare in vitro studies rapporteren doorgaans een hoge efficaciteit van bacteriofagen om de infectie te eradiceren, maar de methodologie is niet vergelijkbaar tussen studies. Klinische studies tonen doorgaans veelbelovende resultaten bij patiënten met ernstige musculoskeletale infecties, zoals OIGIs. Het merendeel van deze studies beschrijft de toegevoegde waarde van het gebruik van concomitante antibiotica. Het is belangrijk hierbij te noteren dat de vroegere klinische studies die werden uitgevoerd in Oost-Europa niet voldeden aan de richtlijnen voor goede klinische praktijken, zoals we deze vandaag kennen. Meer recent werd bacteriofaagtherapie sporadisch uitgevoerd in West-Europa in het kader van Artikel 37 van de Verklaring van Helsinki. Hoewel deze rapporten geen veiligheidsproblemen kon aantonen en de meeste infecties succesvol werden behandeld, laat het kleine aantal en de diversiteit van deze ‘Helsinki’ casussen niet toe om formeel aan te tonen dat het positieve klinische resultaat te danken was aan het gebruik van bacteriofagen. Verder blijft er een tekort aan evidentie wat betreft de productie, verwerking, toediening en dosage van bacteriofagen, alsook de opvolging van patiënten. Om bacteriofaagtherapie volledig te implementeren in de behandeling van OIGI, is een geïntegreerde klinische aanpak noodzakelijk, alsook de ondersteuning door een regelgevend kader om uitgebreide en correct geïmplementeerde klinische studies toe te laten. In dat opzicht, zoals beschreven in hoofdstuk 5, werden de eerste stappen gezet voor de ontwikkeling van een multidisciplinaire taakgroep voor faagtherapie en een gestandaardiseerd behandelingstraject, gebaseerd op onze eigen ervaring van de behandeling van vier patiënten met ernstige musculoskeletale infecties. Bacteriofaagcocktails werden geselecteerd op basis van de geïsoleerde bacteriën en werden intraoperatief toegediend. Een drainagesysteem liet de postoperatieve toediening toe van bacteriofagen voor zeven tot tien dagen, drie keer per dag. Alle patiënten kregen tevens een concomitante antibioticabehandeling. De klinische toestand van iedere patiënt werd dagelijks opgevolgd tijdens bacteriofaagtherapie. Er traden geen ernstige nevenwerkingen op die gerelateerd werden aan de toediening van bacteriofagen. Na een enkele kuur met bacteriofaagtherapie en concomitante antibiotica, trad er geen herval op van de infectie met de initiële causale pathogenen. De opvolgingsperiodes liggen momenteel tussen 28 en 36 maanden. Deze aanpak werd gecontinueerd na de publicatie van deze studie. Hoofdstuk 6 stelt een studieprotocol voor voor een prospectieve, observationele registerstudie omtrent de toediening van faagtherapie bij drie verschillende medische disciplines: musculoskeletale infecties, chronische rhinosinusitis en sepsis. Het doel van deze studie is om data te verzamelen over de veiligheid en werkzaamheid van faagtherapie. De voorheen vermelde multidisciplinaire taakgroep voor bacteriofaagtherapie, vanaf nu coördinatiegroep voor bacteriofaagtherapie Leuven (CBL) genoemd, speelt een centrale rol in de selectie van patiënten en de opzet en opvolging van het behandelplan.

De studie in hoofdstuk 7 voorziet een in vivo ‘proof-of-concept’ voor de preventie en behandeling van FRI door middel van bacteriofaagtherapie (ofwel toegediend in suspensie in saline of in een hydrogel geladen met fagen). Een enkele applicatie van fagen in suspensie was zeer effectief voor de preventie van FRI. De werking van dagelijkse toediening van fagen in suspensie via een poortsysteem werd vergeleken met een enkele toediening van een hydrogel met fagen voor de behandeling van FRI. Een mogelijke trend werd gezien in de reductie van de bacteriële lading bij de applicatie van de hydrogel. Echter, faagtherapie resulteerde niet in een statistisch significante reductie van de bacteriële lading. De toediening van fagen in suspensie via een poortsysteem was gecompliceerd door surinfectie en de ontwikkeling van neutraliserende antilichamen. Dat laatste werd niet gevonden in de proefdieren die de hydrogel kregen toegediend, wat erop zou kunnen wijzen dat de omkapseling van fagen in een drager zoals een hydrogel hun blootstelling aan het verworven immuunsysteem beperkt.
Deze studie toonde aan dat faagtherapie nuttig kan zijn voor het aanpakken van OIGIs, maar ook dat verder onderzoek en optimalisatie van de toedieningsmethodes nodig zijn.

De interesse naar het concept van lokale toedieningssystemen neemt toe. Momenteel is het meeste fractuurfixatiemateriaal gemaakt uit metalen zoals roestvrij staal of titanium, maar ontbreekt er een biologisch actief oppervlak dat biofilmvorming kan verhinderen en osteointegratie bevordert. De studie in hoofdstuk 8 evalueerde de biocompatibiliteit van een 2-aminoimidazole (2-AI)-gebaseerde antibiofilm coating. In tegenstelling tot de klassieke antimicrobiële middelen, richten de 2-AI compounds zich specifiek op biofilmvorming, zonder daarbij een invloed te hebben op de planktonische vorm of groei van bacteriën. De bacterie wordt hierdoor vatbaarder voor behandeling met antibiotica. De 2-AI compound werd covalent gelinkt aan titanium implantaten en geëvalueerd in een klinisch relevant konijn fractuurmodel. De activiteit van de coating werd bevestigd in vitro. De in vivo studie naar de biocompatibiliteit en heling toonde aan dat de implantaten met coating geen negatieve invloed hadden op de fractuurheling of osteintegratie. De volgende stap in de ontwikkeling van deze coating is de validatie ervan in een infectie setting.

Datum:1 jan 2018 →  17 dec 2021
Trefwoorden:Fracture-related infection, Diagnosis, Treatment, Bacteriophage therapy
Disciplines:Laboratoriumgeneeskunde, Palliatieve zorg en zorg rond het levenseinde, Regeneratieve geneeskunde, Andere basiswetenschappen, Andere gezondheidswetenschappen, Verpleegkunde, Andere paramedische wetenschappen, Andere translationele wetenschappen, Andere medische en gezondheidswetenschappen
Project type:PhD project