# 文獻評讀: Vancomycin based tracers guiding in situ visualization of bacteria on osteosynthesis devices and surgical debridement

# Objectives
- 首次結合應用針對細菌的正子斷層掃描 (Positron Emission Tomography, PET) 追蹤劑 ([18F]PQ-VE1-vancomycin) 與近紅外螢光追蹤劑 (vancomycin-IRDye800CW)。
- 在人類遺體模型中，展示了使用這些追蹤劑對骨整合植入物上的革蘭氏陽性菌生物膜進行非侵入性偵測 (PET) 和即時螢光導引手術清創 (Fluorescence Imaging - FLI)。
- 透過區分感染區域和評估清創效果，顯示了改善骨折相關感染 (fracture-related infections, FRI) 診斷和管理的潛力。

# Methodology
- 研究使用 Thiel 保存法處理的人類遺體標本。
- 將鈦合金骨整合板部分覆蓋 *Staphylococcus epidermidis* 生物膜，並與追蹤劑 ([18F]PQ-VE1-vancomycin、vancomycin-IRDye800CW 或兩者皆有) 或磷酸鹽緩衝生理食鹽水 (phosphate-buffered saline, PBS) 一起培養。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig1_HTML.png)
- 將骨板固定在遺體腿部的脛骨和股骨上。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig2_HTML.png)
- 在手術清創（使用 3L 生理食鹽水和紗布）前後進行正子斷層掃描結合電腦斷層掃描 (PET combined with computed tomography, PET/CT) 和螢光影像 (FLI) 掃描。
- PET 數據量化：使用 Syngo.via 軟體在 PET 影像上繪製感興趣體積 (Volumes of Interest, VOIs)，計算平均活性 (Bq/mL)。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig3_HTML.png)
- FLI 數據量化：使用 ImageJ 軟體在螢光影像上繪製感興趣區域 (Regions of Interest, ROIs)，計算平均螢光強度 (mean fluorescence intensity, MFI，任意單位)。
- 統計分析：計算生物膜覆蓋側與無菌側之間，以及清創前後訊號的比率。使用非參數 Mann-Whitney U 檢定確定統計顯著性 (p<0.05)。

# Results
- PET 影像：清創前，[18F]PQ-VE1-vancomycin 在生物膜覆蓋側的攝取顯著高於非生物膜側 (2.2 ± 0.6 倍，p<0.001)。清創後，PET 訊號變得微乎其微 (比率降至 0.9 ± 0.3)，顯示生物膜被有效移除 (生物膜側清創前後比率：3.6 ± 0.9)。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig4_HTML.png)
- FLI：清創前，vancomycin-IRDye800CW 在生物膜覆蓋側的訊號顯著高於非生物膜側 (2.1 ± 0.6 倍)。清創後，訊號顯著降低 (比率降至 1.2 ± 0.4)，顯示暴露表面的生物膜已被移除 (生物膜側清創前後比率：1.5 ± 0.5，p<0.001)。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig6_HTML.png)
- FLI 顯示，移除骨板後，其底面和對應的骨骼介面上仍有殘留的生物膜，這在原位時是無法看到的。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig7_HTML.png)
- 使用從確診 *Staphylococcus aureus* 感染患者身上取出的骨整合板，透過 PET/CT 和 FLI 觀察到相似的偵測模式。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig8_HTML.png)
- 額外的體外實驗證實，與無菌對照組相比，完全被生物膜覆蓋的骨板具有更高的 [18F]PQ-VE1-vancomycin 活性。![](https://media.springernature.com/lw1200/springer-static/image/art%3A10.1007%2Fs00259-025-07249-4/MediaObjects/259_2025_7249_Fig5_HTML.png)

# Discussions
- **限制：** 本研究使用人類遺體模型，缺乏血流和免疫反應等生理過程。這與臨床情況有顯著差異，並影響追蹤劑的遞送動態，因為追蹤劑是預先培養而非經由全身性投與。
- **限制：** 將追蹤劑直接預培養於生物膜上，繞過了體內追蹤劑遞送、穿透生物膜基質以及從周圍組織清除的關鍵挑戰。
- **限制：** 雖然 FLI 在移除植入物後顯示其底面有殘留生物膜 ，但研究未量化此殘留負荷，也未討論其對臨床清創成功率的影響，特別是在植入物保留的情況下。
- **建議：** 未來的研究應在進入臨床試驗前，優先在相關的 FRI 活體動物模型中評估追蹤劑的藥物動力學（遞送、特異性結合動力學和清除率）。
- **建議：** 在更真實的體內條件下，確定 [18F]PQ-VE1-vancomycin PET 和 vancomycin-IRDye800CW FLI 的最低可偵測生物膜負荷量，需考慮來自發炎或非特異性結合的潛在背景訊號。
- **建議：** 探索能夠加強偵測植入物底面和骨-植入物介面生物膜的原位方法，可能透過替代影像方法或追蹤劑設計。

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Reference: [Vancomycin based tracers guiding in situ visualization of bacteria on osteosynthesis devices and surgical debridement](https://link.springer.com/article/10.1007/s00259-025-07249-4)