《Journal of Plastic, Reconstructive & Aesthetic Surgery》：Early detection of viable microorganisms in “sterile” periprosthetic fluids in implant-based breast reconstruction: a bioelectrochemical approach using screen-printed electrodes
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电化学阻抗光谱（EIS）可有效快速检测术后植入物相关感染，准确率达100%，区分革兰氏阳性与阴性菌，检测时间仅需9分钟，为早期诊断提供新方法。
莫纳里·玛尔塔（Monari Marta）| 瓦卡里·斯特凡诺（Vaccari Stefano）| 卢帕基尼·亚历山德罗·马可（Lupacchini Alessandro Marco）| 帕里西·安娜（Parisi Anna）| 佐莱西·尼基（Zolesi Nicki）| 贝尔特拉梅·萨拉（Beltrame Sara）| 佩特里洛·保拉（Petrillo Paola）| 格里齐·法比奥（Grizzi Fabio）| 赫加齐·艾哈迈德·艾哈迈德·阿卜杜勒阿齐兹·穆罕默德（Hegazi Ahmed Ahmed Abdelaziz Mohamed）| 迪朱利·里卡多（Di Giuli Riccardo）| 克林格·弗朗切斯科（Klinger Francesco）| 鲁斯科尼·罗伯托（Rusconi Roberto）| 文奇·瓦莱里亚诺（Vinci Valeriano）
意大利瓦雷泽（Varese）卡斯特兰扎（Castellanza）Humanitas Mater Domini临床分析实验室
摘要
背景
术后早期感染仍然是基于植入物的乳房重建术后的一种常见并发症。目前的诊断方法需要较长的处理时间，并且可能存在假阴性结果，尤其是在患者之前接受过抗生素治疗的情况下。本研究旨在评估一种基于电化学阻抗谱（EIS）的生物电化学方法在植入物重建术后检测周围液体中存活细菌的可行性和诊断准确性。
方法
共有47名接受即刻植入物乳房重建的患者被纳入研究。在术后第7天和/或第14天，从引流管中收集周围液体样本（共107个样本）。每个样本使用三种诊断平台进行分析：（1）电化学阻抗谱（EIS），（2）分子诊断，（3）常规微生物学检测。EIS信号（Z′）根据革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌参考悬浮液进行校准。
结果
在47名患者中，有8名（17.0%）被确诊为感染。EIS正确识别了所有感染病例，与培养和分子检测结果完全一致。该技术能够区分革兰氏阳性菌感染（Z′ 6,000-20,000欧姆）和革兰氏阴性菌感染（Z′ 21,000-35,000欧姆）。EIS的分析时间约为9分钟。在感染患者中，革兰氏阳性菌感染大多无症状或症状轻微，而革兰氏阴性菌感染则与严重的临床后果相关，包括需要拆除植入物。
结论
EIS提供了一种快速、低成本且易于使用的检测周围液体中细菌存在的方法。与标准微生物学或分子检测不同，它不需要细菌生长、样本制备或核酸提取。经过进一步验证，该方法有潜力支持更早、更个性化的干预措施。
引言
乳腺癌仍然是全球女性中最常见的恶性肿瘤。根据美国癌症协会（ACS）的数据，大约三分之一的新发女性癌症病例是乳腺癌，2025年共有316,950例新发浸润性乳腺癌病例，占所有新发女性癌症病例的32%。1基于植入物的乳房重建是术后最常用的技术，美国每年进行超过107,000例此类手术，约占所有乳房重建手术的82%。2这种方法因其手术时间较短、技术简单以及恢复较快而受到广泛青睐，同时也能为患者提供重要的心理和美学益处。
尽管有这些优势，基于植入物的乳房重建仍存在较高的术后感染风险。根据疾病控制与预防中心（CDC）和国家医疗安全网络（NHSN）的定义，手术部位感染（SSI）是指在手术后30天内发生的感染，或者在存在植入物的情况下一年内发生的感染，且至少符合以下一项标准：脓性分泌物、培养阳性、感染临床症状或因疑似感染而重新手术。
3先前的研究表明，感染率可能高达35%，这取决于年龄、BMI、绝经状态、吸烟、糖尿病、既往手术史、肿瘤特征和重建时间等因素。
4, 5, 6在植入物相关乳房感染中最常见的病原体是
金黄色葡萄球菌、
表皮葡萄球菌和凝固酶阴性葡萄球菌，包括耐甲氧西林菌株（MRSA），这些病原体与更高的植入物丢失率相关。虽然革兰氏阳性菌占大多数（68.6%的感染），但革兰氏阴性菌，尤其是铜绿假单胞菌，在植入物相关乳房感染中也经常被报道。
7, 8, 9及时准确地诊断感染对于防止手术失败和降低发病率至关重要。然而，术后早期的症状（如红斑、水肿和局部发热）通常与正常的炎症反应重叠，因此仅依靠临床评估是不可靠的。目前，周围液体的微生物培养仍是诊断的金标准，但通常需要48-72小时，并且在细菌负荷低、形成生物膜或患者之前使用过抗生素的情况下可能会出现假阴性结果。
10因此，临床医生经常选择经验性广谱抗生素治疗，但这可能并非最佳选择，并可能导致抗菌素耐药性（AMR）。
11为了克服现有诊断方法的局限性，本研究探索了使用生物电化学技术来早期检测植入物重建术后周围液体中存活微生物的应用。具体来说，我们研究了使用丝网印刷电极（SPEs）的电化学阻抗谱（EIS）在快速识别细菌存在和革兰氏分类方面的有效性。电化学阻抗谱是一种非破坏性的分析方法，依赖于在小幅度正弦交流电压作用下的电路电阻测量。12, 13
EIS越来越被认为是一种多功能、无标记的诊断方法，其应用范围包括心脏组织的表征、监测癌细胞增殖、评估药物耐药性、探究干细胞分化和免疫细胞激活等。14, 15, 16, 17
本研究的目的是评估这种方法是否能提高感染诊断的速度和准确性，从而区分早期感染并发症和无菌性术后炎症。如果得到验证，该方法可以通过实现更早、更具成本效益的针对性抗菌治疗来支持临床决策，减少不必要的植入物移除或经验性抗生素的使用。18
患者招募和研究设计
2024年11月至2025年7月期间，共有47名接受即刻植入物乳房重建（IBR）的女性在IRCCS Humanitas研究医院被纳入研究。符合条件的患者是指计划进行I期重建并使用乳房植入物的患者。所有参与者在纳入研究前均签署了书面知情同意书。排除标准包括手术部位存在活动性或近期皮肤感染以及无法提供同意的情况。
患者的年龄范围为33至77岁，平均年龄约为
人口统计学特征、分析时间和细菌种类
在47名患者中，有8名（17%）在术后14天内被确诊为周围液体感染。感染患者的平均年龄为55.7岁，而无感染组的平均年龄为51.9岁。使用Shapiro-Wilk检验评估了两组的年龄分布，结果确认其符合正态分布（感染组p = 0.0955，非感染组p = 0.2706）。随后进行了配对双尾t检验，但未发现两组之间存在统计学差异
讨论
术后感染仍然是基于植入物的乳房重建中的一个重要并发症，报告的发病率高达35.4%。3在我们的研究中，感染率为17%，与以往的研究结果一致。这些事件是重建失败的主要原因之一，常常导致辅助治疗延迟，并给患者带来巨大的心理、社会和经济负担。
由于早期感染的非特异性表现，早期诊断尤为具有挑战性
结论
据作者所知，这是首次评估电化学阻抗谱作为基于植入物的乳房重建术后感染早期诊断方法的研究。EIS是一种非常有前景的创新技术，其与传统基于培养的微生物学方法具有100%的一致性，同时将分析时间从几天缩短到几分钟，并保持较低的每次检测成本。这些进步可以带来近乎即时的诊断结果
伦理批准
本研究已获得机构伦理委员会的批准（授权编号4213）。
