A infecção articular periprotética (IAP) é uma das mais desafiadoras e graves complicações da artroplastia total do joelho (ATJ). Apesar de sua importância, há uma escassez de estudos sobre sua patogênese, impactando na identificação assertiva de biomarcadores que auxiliem no seu diagnóstico. Recentemente, diversos estudos têm demonstrado que a reprogramação metabólica celular desempenha um papel importante na progressão e desfecho das doenças infecciosas. Uma visão geral dos aspectos metabólicos dos sistemas biológicos pode ser realizada através da Metabolômica, entretanto, tal abordagem ainda não foi aplicada no contexto da IAP. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar a composição de metabólitos no líquido sinovial (LS) de pacientes com IAP ou falha asséptica de ATJ. Para isso, os LS de 21 pacientes submetidos a cirurgia de revisão da artroplastia total do joelho (11 com diagnóstico IAP e 10 com falha asséptica) foram analisados usando espectroscopia por ressonância magnética nuclear. Foram realizadas análises estatísticas uni e multivariadas para identificar os metabólitos diferencialmente abundantes entre esses grupos. Após a aquisição e análise dos espectros, foram identificados e anotados 28 metabólitos no LS de pacientes com falha da artroplastia. Cinco destes metabólitos se encontravam diferencialmente abundantes entre LS infectado e não infectado. Lactato, acetato e 3-hidroxibutirato estavam em maior concentração, e glicose e creatina foram encontradas reduzidas no LS de pacientes com IAP. Nossos resultados revelaram ainda a presença de dois perfis metabólicos distintos nos pacientes com IAP, caracterizados por diferenças nos níveis de lactato. Dentre os pacientes com IAP, não foram encontradas diferenças no perfil metabólico em relação às infecções agudas vs crônicas e nas diferentes classificações de Tsukayama. Entretanto, pacientes com infecções causadas por Staphylococcus aureus apresentavam níveis mais elevados de lactato e acetato no LS. A performance diagnóstica dos metabólitos diferencialmente abundantes foi avaliada e o lactato, a glicose e a creatina apresentaram-se como potenciais biomarcadores, por apresentaram AUC ROC >0,8. Além disso, o acetato se apresentou como um potencial biomarcador para discriminar entre as infecções causadas por S. aureus em relação às causadas por outros tipos de bactérias. Nossos resultados evidenciam que o LS de pacientes com IAP exibe um perfil metabólico distinto, possivelmente refletindo as adaptações metabólicas que ocorrem no microambiente periprotético. Através da metabolômica foi possível a identificação de três potenciais biomarcadores da IAP (lactato, glicose e creatina). Mais estudos são necessários para obter uma visão mais ampla das vias metabólicas ativadas por patógenos e células imunes no contexto da IAP, assim como para uma avaliação mais específica dos potenciais biomarcadores identificados neste estudo.

Periprosthetic joint infection (PJI) is one of the most challenging and serious complications of total knee arthroplasty. Despite its importance, there is a lack of studies in the literature on its pathogenesis, impacting the assertive identification of biomarkers to aid in its diagnosis. Recently, several studies have shown that cellular metabolic reprogramming plays an important role in the progression and outcome of infectious diseases. A broader view of the metabolic aspects of biological systems can be achieved through Metabolomics, however, such an approach has not yet been applied in the context of PJI. Therefore, the aim of this study was to evaluate the synovial fluid (SF) metabolite composition of patients with PJI or aseptic failure of total knee arthroplasties. For this, synovial fluid from 21 patients undergoing total knee arthroplasty revision surgery (11 with a diagnosis of PJI and 10 with aseptic failure) were analyzed using nuclear magnetic resonance spectroscopy. Univariate and multivariate statistical analyzes were performed to identify differentially abundant metabolites between these groups. After the acquisition and analysis of the spectra obtained, 28 metabolites were identified and anotated in the SF of patients with arthroplasty failure. Five of these metabolites were differentially abundant between infected and non-infected cohorts. Lactate, acetate and 3-hydroxybutyrate were in higher concentration, and glucose and creatine were found to be reduced in the synovial fluid of patients with PJI. Our results also revealed the presence of two distinct metabolic profiles in patients with PJI, characterized by differences in lactate levels. Among patients with PJI, no differences were found in the metabolic profile in relation to acute vs. chronic infections and in the different Tsukayama classifications. However, infections caused by Staphylococcus aureus had higher levels of lactate and acetate in the SL. The diagnostic performance of the differentially abundant metabolites was evaluated, and lactate, glucose and creatine were presented as potential biomarkers, as they presented AUC ROC >0.8. In addition, acetate presented itself as a potential biomarker to discriminate between infections caused by S. aureus in relation to those caused by other types of bacteria. Our results show that the synovial fluid of patients with PJI exhibits a distinct metabolic profile, possibly reflecting metabolic adaptations that occur in the periprosthetic microenvironment. Through metabolomics, it was possible to identify four potential PJI biomarkers (lactate, glucose, and creatine). More research and studies are needed to obtain a broader view of the metabolic pathways involved by pathogens and immune cells in the context of PJI, as well as for a more specific assessment of the potential biomarkers identified in the present study.