In-vivo polymicrobial biofilms resulting in implant corrosion and metallosis
体内多种微生物生物膜导致植入物腐蚀和金属沉积
基本信息
- 批准号:10592179
- 负责人:
- 金额:$ 20.53万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2022
- 资助国家:美国
- 起止时间:2022-12-19 至 2024-11-30
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:3-DimensionalAffectAlloysAreaBacteriaBacterial InfectionsBiologicalCardiotoxicityChemicalsCitrobacterClinicalClinical TreatmentControl GroupsCorrosionCorrosivesDataDevicesDiagnosisEnvironmentExposure toFailureFoot ProcessHealthHeartImplantIn SituIn VitroIndolentInfectionIonsJointsKlebsiellaKnowledgeLocationMalignant NeoplasmsMass Spectrum AnalysisMeasurementMeasuresMechanicsMetal exposureMetalsMethodsMicrobeMicrobial BiofilmsMicroscopyModificationMuscleOperative Surgical ProceduresOpticsOrthopedicsPainPatient-Focused OutcomesPatientsPropertyRisk ReductionRodRoentgen RaysScanningSerumSkinSpectrum AnalysisSpinalStainsSurfaceSurgeonTestingTissue StainsTissuesTitaniumVertebral columnWorkboneclinical diagnosisin vivoinfection rateinfection riskinsightinstrumentationmicrobialmicrobiomeneurotoxicityparticlepatient safetypolymicrobial biofilmresponsetime usetumor growthtwo-dimensional
项目摘要
ABSTRACT
Metallosis is a term used to describe staining of tissues exposed to metal particles and ions in-
vivo. There is no explicit diagnosis for metallosis, but it is recognized as a significant health
threat per the FDA as the released metals are associated with cardiotoxicity, neurotoxicity, and
cancers. The overarching hypothesis of this work is that in-vivo non-pathogenic bacterial
biofilms on spinal hardware affect the release of metal via corrosion thus causing metallosis in
patients. To test this hypothesis, we will pursue the following aims: Specific Aim 1 will examine
the association of bacteria with observed corrosion on the surfaces of spine hardware via the
quantification of surface damage and the presence of bacterial associated biomolecules
integrated into the damaged surfaces. To do so we will use surface optical microscopy to
quantify the type and area coverage of surface modification whether wear or corrosion, over the
entire device component, pedicel screw or rod. Optical microscopy determination of corrosion
regions without existing mechanical damage will elucidate the total possible amount of metal
release based on surface area measurements. How these surfaces are modified beyond
mechanical damage will be characterized using Time of Flight-Scanning Ion Mass Spectroscopy
(TOF-SIMS) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS). Work in Specific Aim 2 will
characterize the bacterial milieu constituting the biofilms on explanted spine hardware in
metallosis cases. Because of the lack of understanding of the in-vivo spinal instrumentation
microbiome, this Aim will identify the common microbes associated with implant corrosion. The
impact of this work will be to give insight to the mechanisms of in-vivo metal corrosion, thus
leading to possible changes in clinical treatments, the necessity of new or modified materials, or
changes to surgical procedures to reduce the risk of metallosis.
抽象的
金属沉着症是一个术语,用于描述暴露于金属颗粒和离子的组织的染色。
体内。金属沉积症没有明确的诊断,但它被认为是一个重要的健康问题
根据 FDA 的威胁,因为释放的金属与心脏毒性、神经毒性和
癌症。这项工作的总体假设是体内非致病性细菌
脊柱硬件上的生物膜通过腐蚀影响金属的释放,从而导致金属沉积
患者。为了检验这一假设,我们将追求以下目标: 具体目标 1 将检验
细菌与通过观察到的脊柱硬件表面腐蚀的关联
表面损伤的量化和细菌相关生物分子的存在
融入受损表面。为此,我们将使用表面光学显微镜
量化表面改性的类型和面积覆盖范围(无论是磨损还是腐蚀)
整个装置组件、pedicel 螺钉或杆。光学显微镜腐蚀测定
没有机械损伤的区域将阐明可能的金属总量
基于表面积测量的释放。这些表面是如何被修改的
机械损伤将使用飞行时间扫描离子质谱法进行表征
(TOF-SIMS) 和 X 射线光电子能谱 (XPS)。具体目标 2 的工作将
表征在外植脊柱硬件上构成生物膜的细菌环境
金属增生病例。由于对体内脊柱器械缺乏了解
微生物组,该目标将识别与植入物腐蚀相关的常见微生物。这
这项工作的影响将是深入了解体内金属腐蚀的机制,从而
导致临床治疗可能发生变化、需要新的或改良的材料,或
改变外科手术以降低金属沉积症的风险。
项目成果
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