Il Laboratorio di Patologia delle Infezioni Associate all'Impianto è operante all'Istituto Ortopedico Rizzoli dal 2000 come laboratorio di ricerca autonomo, ma i primi studi sull’adesione batterica ai biomateriali e sulle interazioni fra i microrganismi e i materiali sono stati introdotti al Rizzoli sin dal 1986 dall’attuale Responsabile del Laboratorio all’interno del Laboratorio di Biocompatibilità dei Materiali da Impianto.

Fin dalla sua costituzione, le principali tematiche di ricerca del Laboratorio di Patologia delle Infezioni Associate all'Impianto sono state lo studio della etiopatogenesi delle infezioni associate all'impianto, lo sviluppo di metodi innovativi per la caratterizzazione dei fattori di virulenza (biofilm, adesine, tossine) e di antibioticoresistenza di batteri responsabili di infezioni in ortopedia, lo studio di rivestimenti e di farmaci capaci di inibire l'adesione batterica e la valutazione di nuovi biomateriali resistenti all'infezione.

Le ricerche e gli studi del Laboratorio sono svolti su farmaci o rivestimenti anti-adesivi progettati nello stesso Laboratorio o su nuovi materiali proposti da chimici, bioingegneri, scienziati dei biomateriali provenienti dal mondo universitario, o da Centri di Ricerca, o da Industrie di materiali e di altri dispositivi medici.

Valutazioni e prove eseguite su materiali da impianto e altri dispositivi medici

Il Laboratorio di Patologia delle Infezioni Associate all’Impianto è in grado di svolgere valutazioni in vitro della biocompatibilità di materiali da impianto e di altri dispositivi medici, anche in relazione al controllo del rischio d'infezione, secondo quanto stabilito dalla normativa internazionale ISO.

In particolare, possono essere eseguite le seguenti valutazioni:

Valutazione in vitro dell'adesività batterica ai materiali da impianto

La capacità dei microrganismi di aderire alla superficie dei biomateriali è attualmente considerata il più importante fattore patogenetico delle infezioni associate all'impianto. E' essenziale la valutazione in vitro della capacità dei materiali destinati all'impianto e di altri dispositivi medici di favorire o scoraggiare l'adesione batterica rispetto a materiali di riferimento.
Il Laboratorio può eseguire la valutazione della adesione batterica su campioni di biomateriali mediante prove quantitative basate su:

• tecnica turbidimetrica, che misura la popolazione batterica che ha aderito alla superficie dei biomateriali, distaccando i batteri per sonicazione e misurandone la concentrazione come unità nefelometriche (NTU), convertite con apposite curve di taratura in CFU (= numero di colonie batteriche);
• tecnica chemiluminometrica, che misura la quantità di cellule batteriche vive aderenti ad una superficie, mediante misura dell'ATP prodotto (reazione della luciferasi). La popolazione batterica aderente è misurata come unità relative di luce (RLU), convertite con apposite curve di taratura in CFU (= numero di colonie batteriche). Strumentazione specifica: Luminometro PALL; Modulus II in luminanza, fluorescenza e assorbanza;
• esame in microscopia confocale, che evidenzia, dopo opportune colorazioni fluorescenti, lo spessore, la morfologia e la composizione macromolecolare del biofilm batterico (esopolisaccaride, proteine, DNA extracellulare) formatosi sul materiale.

La valutazione dei materiali o dei loro rivestimenti, al fine di stabilirne la resistenza all'infezione, è eseguita, in ogni prova, in confronto con un materiale di controllo positivo, dotato di massima adesività batterica, e di un materiale di controllo negativo, refrattario all'adesività batterica.

Nel caso di trattamenti antiadesivi della superficie di un materiale, è possibile valutare quantitativamente l'efficacia antiadesiva del trattamento, misurando la variazione di adesione indotta dal trattamento rispetto al materiale non modificato.

Le prove possono essere eseguite sia utilizzando ceppi di riferimento della collezione ATCC, sia utilizzando ceppi di origine clinica della ceppoteca del Laboratorio di Patologia delle Infezioni Associate all'Impianto, selezionando di volta in volta ceppi con caratteristiche fenotipiche e genotipiche predeterminate (adesine, biofilm, tossine, antibioticoresistenza, etc.) e di interesse nella specifica analisi.

Valutazione in vitro della crescita batterica

Materiali addizionati di sostanze antibatteriche (antibiotici, chitosani, ossido d'azoto) e materiali 'self-sterilizing' vengono attualmente prodotti e proposti per l'impiego clinico, sia come componenti aggiuntivi dei cementi di fissazione degli impianti usati in campo ortopedico e odontoiatrico, sia come trattamenti di superficie delle protesi destinate a diversi campi applicativi (ortopedico, odontoiatrico, otorinolaringoiatrico, cardiovascolare, oculistico, urologico, ecc.). Il Laboratorio è in grado di valutare la capacità antibatterica di cementi e di materiali a superficie modificata, misurando nel tempo, mediante luminometria, le curve di crescita batterica.

Saggi per valutare in vitro l'efficacia di nuovi farmaci su ceppi clinici isolati da infezioni periprotesiche

Le valutazioni sono condotte in modelli sperimentali in cui il farmaco è utilizzato in concentrazioni simili a quelle che raggiungerà in vivo nella sede d’impianto su ceppi ad ampia diffusione clonale.

Saggi per valutare in vitro la biocompatibilità di nuovi materiali protesici e la capacità di favorire l’osteointegrazione

Cellule mesenchimali da midollo osseo sono coltivate sulla superficie dei materiali in esame per la valutazione dello sviluppo osteoblastico attraverso la misurazione dei marker biochimici di differenziamento (fosfatasi alcalina, collageno, osteocalcina) e l’attivazione dei rispettivi geni.
Gli studi riguardano la competizione fra cellule eucariotiche e procariotiche in relazione alle caratteristiche chimico-fisiche del biomateriale.

Servizi per strutture sanitarie: identificazione di specie e cloni batterici

Il Laboratorio dispone della strumentazione Riboprinter®,che consente la tipizzazione molecolare di ceppi batterici basata sui polimorfismi di restrizione del DNA dell'operone dell'RNA ribosomiale.  I profili di restrizione, ottenuti con il Riboprinter® e confrontati con la banca dati della DuPont, consentono l'identificazione rapida e affidabile di genere, specie e ceppo di qualsiasi batterio, con una confidenza superiore al 95%. In particolare la determinazione di ceppo consente di valutare l'origine eventualmente clonale di isolati batterici e, quindi, di fornire una valutazione affidabile dell'origine epidemica di batteri isolati in comunità: corsie ospedaliere, sale operatorie, comunità infantili o per anziani. Tra tutte le Strutture sanitarie della Regione Emilia-Romagna, il Laboratorio Patologia delle Infezioni Associate all'Impianto è l'unica a disporre dell'apparecchiatura Riboprinter®, con la quale è in grado di eseguire identificazioni batteriche e caratterizzazioni clonali per altre strutture sanitarie.