从输尿管支架中提取生物膜用于定量和培养依赖性及非依赖性分析

将医疗器械插入尿路，如输尿管支架和导尿管，经常引起刺激和尿路感染，这是最常见的医院感染。这与生物材料表面结晶的尿液成分结垢以及微生物生物膜的形成有关，微生物生物膜是嵌入EPS基质中的复杂微生物群落。这些硬壳和微生物生物膜（以下称为“生物膜”）被认为与患者的不适和发病率直接相关。研究人员们试图用多种不同的策略来防止输尿管支架上生物膜的形成，包括使用具有抗粘附特性的材料，抑制尿液成分的沉淀，以及抗菌剂释放或涂层材料。然而，迄今为止，这些策略均未取得临床成功。因此，临床实践中未使用用于尿路导管的抗菌材料，现行临床指南也不推荐使用该材料。

缺乏成功的材料部分是由于对这种特殊类型的生物膜的理解有限，因此，缺乏模拟具有挑战性的体内条件的适当体外模型来指导此类材料的开发。以前的工作主要集中于通过涡流和超声波、用手术刀刮取或在固体琼脂培养基上滚动支架切片从支架中提取可培养细菌。虽然这些方法允许检测快速生长的尿路细菌，并提供有价值的定性或半定量信息，但它们在生物膜定量、再现性和有效提取方面存在明显的局限性。

目前仍然缺乏一种允许同时进行微生物群、生物膜质量和晶体的培养依赖性和非依赖性定量和分析的方法。缺乏有效的提取方法可能是输尿管支架上微生物群知识差距的主要原因，这与经过充分研究的尿液中的微生物群或Foley导管上的生物膜形成对比。支架生物膜通常由不同类型的晶体组成，如碳酸羟基磷灰石或草酸钙晶体，这些晶体由粘性生物膜EPS胶结物固定在一起，并包括人类尿液中的复杂沉积物，如DNA碎片、蛋白质和代谢产物。由于输尿管支架表面生物膜的刚性结构，完全去除这些特殊生物膜的方法开发具有挑战性。

输尿管支架植入术是一种常见的外科手术，具有较高的发病率和经济负担，但关于支架上生物膜、发病率和相关微生物群影响之间的联系的知识仍然有限。这部分是由于缺乏能够控制从支架中提取生物膜的方法。开发适当的体外模型来评估抗菌涂层和生物材料对生物膜形成的预防作用，需要对生物膜的组成，包括涉及的微生物群有深刻的了解。

瑞士联邦材料科学和技术实验室、生物界面实验室和瑞士圣加仑州医院泌尿科的研究人员在在2018年的《Front Microbiol》描述了一种称为针孔法（PM）新的方法，从输尿管支架中提取天然生物膜的分析管道，用于培养依赖性和非依赖性分析，涉及一种新的机械磨损方法，即通过锥形针孔使支架样品通过。他们通过量化去除的生物膜质量、可培养细菌数量、钙含量，以及使用30个临床支架样本对生物膜去除后的显微镜支架分析，评估了这种新方法的效率。此外，通过universal 16S定量PCR对体外形成的大肠杆菌生物膜的提取进行了评估，这是一种独立于培养的方法，证明了新方法能够有效去除生物膜。这种新方法能够有效地无污染地提取输尿管支架上形成的生物膜，并对其进行定量，它代表了一种全面检查输尿管支架上生物膜的有用工具。