Infections of the anterior cruciate ligament: Study of biofilm graft formation and the effect of vancomycin soaking on re-rupture rates

Abstract

INTRODUCCIÓ Les cirurgies de reconstrucció del lligament encreuat anterior (LEA-r) són un procediment quirúrgic comú dissenyat per restaurar la funció i l'estabilitat del genoll després d'una lesió del lligament. Tot i els avenços significatius en les tècniques quirúrgiques, les complicacions postoperatòries, especialment les infeccions, continuen sent un repte per aconseguir resultats òptims. Les infeccions després de les cirurgies de LEA-r poden provocar el fracàs de l’empelt, una recuperació prolongada i intervencions addicionals. Les infeccions que segueixen a la cirurgia de LEA-r, tot i que relativament poc comunes, poden condicionar significativament els resultats per al pacient i augmentar els costos de la sanitat. L'ús profilàctic de la immersió prèvia amb vancomicina ha sorgit com una estratègia potencial per reduir les taxes d'infecció. No obstant això, les preocupacions sobre el seu impacte en la integritat de l’empelt, el risc de re-ruptura i els resultats funcionals dels pacients han limitat la seva adopció generalitzada. Per altra banda, les taxes d'infecció més altes reportades amb els empelts 4×Ti en comparació amb els empelts OTO han generat preguntes sobre si les diferències estructurals, particularment la presència de sutures, predisposen els empelts 4×Ti a una major formació de biofilm i risc d'infecció. Aquesta tesi aborda aquestes preocupacions mitjançant una investigació en dues parts destinada a millorar la seguretat i els resultats per als pacients en les cirurgies LEA-r. HIPÒTESIS I OBJECTIUS Hipòtesi 1: La immersió prèvia de empelts amb vancomicina en les cirurgies de LEA-r no augmenta el risc de re-ruptura ni afecta negativament els resultats funcionals. Hipòtesi 2: Els empelts 4×Ti, en comparació amb els empelts OTO, mostren una major formació de biofilm in vitro. Objectiu Principal: Avaluar la seguretat de la tècnica d'immersió prèvia amb vancomicina mitjançant la determinació del risc de re-ruptura i dels resultats funcionals després de la reconstrucció del LEA; a més d’avaluar i comparar la formació de biofilm en empelts OTO i 4×Ti, quan es contaminen amb el mateix inoculant bacterià. DISSENY DE L'ESTUDI La tesi es basa en dos estudis diferents. El primer estudi és una anàlisi retrospectiva de cohort que compara les cirurgies de LEA-r realitzades amb i sense immersió prèvia amb vancomicina. Els resultats principals avaluats van ser les taxes de re-ruptura i la funcionalitat en dos grups de pacients consecutius de cohorts històriques. El segon estudi és una investigació in vitro que examina la formació de biofilm en empelts 4×Ti i OTO contaminats amb inoculants bacterians idèntics. RESULTATS Aquesta tesi va mostrar que la immersió prèvia amb vancomicina no va augmentar el risc de re-ruptura, ni va afectar adversament els resultats funcionals dels pacients. Les taxes de re-ruptura en els grups amb i sense vancomicina van ser comparables. Els resultats funcionals, mesurats mitjançant sistemes de puntuació estandarditzats, tampoc no van mostrar diferències significatives entre els dos grups, evidenciant la seguretat de la immersió prèvia amb vancomicina com a mesura profilàctica en les cirurgies de LEA-r. D'altra banda, aquesta tesi no va mostrar diferències significatives en la formació de biofilm entre els empelts 4×Ti i OTO. Aquests resultats desafien la hipòtesi que els fils de sutura presents en els empelts 4×Ti contribueixen a taxes d'infecció més altes. CONCLUSIONS La immersió prèvia d'empelts amb vancomicina és una mesura profilàctica segura, sense impacte advers en lestaxestaxes de re-ruptura ni en els resultats funcionals. Per tant, aquesta tècnica es recomana com a pràctica estàndard en les cirurgies de LEA-r per reduir el risc d'infeccions postoperatòries. A més, aquesta tesi refuta la hipòtesi que les diferències estructurals, particularment la presència de sutures en els empelts 4×Ti, els predisposa a una major formació de biofilm. Per tant, les diferències estructurals entre els dos tipus d’empelts no justifiquen la predisposició dels 4×Ti a un major risc

La reconstrucción del ligamento cruzado anterior (LCA-r) es un procedimiento quirúrgico común diseñado para restaurar la función y estabilidad de la rodilla tras una lesión. A pesar de los avances en las técnicas quirúrgicas, las complicaciones posoperatorias, especialmente las infecciones, siguen siendo un desafío. Estas infecciones pueden provocar el fallo del injerto, una recuperación prolongada e incluso intervenciones adicionales. JUSTIFICACIÓN CIENTÍFICA Las infecciones tras una LCA-r, aunque raras, afectan significativamente los resultados y aumentan los costos de atención médica. El uso profiláctico de vancomicina ha surgido como una estrategia para reducir las tasas de infección, pero existen preocupaciones sobre su impacto en la integridad del injerto, el riesgo de re-rotura y los resultados funcionales. Además, se han reportado mayores tasas de infección con injertos de tendón de isquiotibiales (4×Ht) en comparación con injertos de tendón rotuliano (BPTB), lo que plantea interrogantes sobre si las diferencias estructurales predisponen a los injertos 4×Ht a una mayor formación de biofilm y riesgo de infección. Esta tesis aborda estos problemas con una investigación en dos partes orientada a mejorar la seguridad de los pacientes y los resultados en las cirugías de LCA-r. HIPÓTESIS Y OBJETIVOS Hipótesis 1: El remojo en vancomicina de los injertos en LCA-r no aumenta el riesgo de re-rotura ni afecta negativamente los resultados funcionales. Hipótesis 2: Los injertos 4×Ht, en comparación con los BPTB, presentan una mayor formación de biofilm in vitro. Objetivo principal: Evaluar la seguridad de la técnica de remojo en vancomicina al determinar el riesgo de re-rotura y los resultados funcionales tras una LCA-r. Además, se buscó comparar la formación de biofilm en los injertos BPTB y 4×Ht contaminados con el mismo inóculo bacteriano. DISEÑO DEL ESTUDIO La tesis se basa en dos estudios. El primero es un análisis retrospectivo de cohortes que compara las cirugías de LCA-r realizadas con y sin remojo en vancomicina, evaluando las tasas de re-rotura y la recuperación funcional. El segundo estudio es una investigación in vitro que examina la formación de biofilm en injertos 4×Ht y BPTB contaminados con el mismo inóculo bacteriano. RESULTADOS El remojo en vancomicina no aumentó el riesgo de re-rotura ni afectó negativamente los resultados funcionales. Las tasas de re-rotura fueron comparables en ambos grupos. Tampoco se observaron diferencias significativas en la formación de biofilm entre los injertos 4×Ht y BPTB, lo que desafía la hipótesis de que los puntos de sutura en los injertos de isquiotibiales contribuyen a mayores tasas de infección. CONCLUSIONES El remojo en vancomicina es una medida profiláctica segura que no afecta las tasas de re-rotura ni los resultados funcionales. Esta técnica se recomienda como práctica estándar en cirugías de LCA-r para reducir el riesgo de infecciones posoperatorias. Además, esta tesis refuta la hipótesis de que las diferencias estructurales entre los injertos 4×Ht y BPTB justifican una mayor predisposición a la infección.

Anterior cruciate ligament reconstruction (ACL-r) is a common surgical procedure designed to restore knee function and stability following ligament injury. Although significant advances have been made in surgical techniques, postoperative complications, particularly infections, continue to pose a challenge to achieving optimal outcomes. Infections after ACL-r surgeries can lead to graft failure, prolonged recovery, and even additional interventions. SCIENTIFIC JUSTIFICATION Infections following ACL-r, though relatively uncommon, can significantly impact patient outcomes and increase healthcare costs. The prophylactic use of vancomycin presoaking has emerged as a potential strategy to reduce infection rates. However, concerns about its impact on graft integrity, the re-rupture risk, and patient functional outcomes have limited its widespread adoption. Moreover, the higher infection rates reported with hamstring tendon grafts in comparison to BPTB grafts have raised questions about whether structural differences, particularly the presence of sutures, predispose 4×Ht grafts to greater biofilm formation as well as the risk of infection. This thesis addresses these concerns by means of a two-part investigation aimed at improving patient safety and outcomes in ACL-r surgeries. HYPOTHESIS AND OBJECTIVES Hypothesis 1: Vancomycin presoaking of grafts in ACL-r surgeries does not increase the risk of re-rupture or negatively affect functional outcomes. Hypothesis 2: 4×Ht grafts, when compared to BPTB grafts, exhibit greater biofilm formation in vitro. Primary Objective: To evaluate the safety of the vancomycin presoaking technique by determining the risk of re-rupture and functional outcomes following ACL-r. Additionally, it was to assess and compare biofilm formation on BPTB and 4xHt grafts when contaminated with the same bacterial inoculum. STUDY DESIGN The thesis is based on two distinct studies. The first study is a retrospective cohort analysis that compares ACL-r surgeries performed with and without vancomycin presoaking. The primary outcomes evaluated were re-rupture rates and functional recovery in two groups of consecutive patients from historical cohorts. The second study is an in vitro investigation examining biofilm formation on 4×Ht and BPTB grafts contaminated with identical bacterial inoculum. RESULTS This thesis demonstrated that vancomycin presoaking did not increase the re- rupture risk. Neither did it adversely affect functional outcomes in patients. Re- rupture rates in both the vancomycin and non-vancomycin groups were comparable. Functional outcomes, measured using standardized scoring systems, also showed no significant differences between the two groups. That determination supports the safety of vancomycin presoaking as a prophylactic measure in ACL-r surgeries. On the other hand, this thesis showed no significant differences in biofilm formation between 4×Ht and BPTB grafts. These findings challenge the hypothesis that sutures in hamstring grafts contribute to higher infection rates. CONCLUSIONS Vancomycin presoaking of grafts is a safe prophylactic measure, with no adverse impact on re-rupture rates or functional outcomes. Therefore, this technique is recommended as a standard practice in ACL-r surgeries to reduce the risk of postoperative infections. Additionally, this thesis refutes the hypothesis that structural differences, particularly the presence of sutures in 4×Ht grafts, predispose them to greater biofilm formation. Therefore, the structural differences between the two graft types are not the basis to justify the predisposition of 4xHt to a higher risk of infection.