Antibiotika-haltige Knochenzemente : In vitro Untersuchungen der Freisetzungskinetiken und antimikrobiellen Wirkung
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Zusammenfassung
Biomaterialien sind in der Medizin unersetzlich. Eine gefürchtete Komplikation während und nach ihrer Implantation ist die Biomaterial-assoziierte Infektion. Musterbeispiel sind Infektionen von Arthroplastiken. Zahlreiche Studien belegen den hohen Stellenwert Antibiotika-haltiger Knochenzemente in der Prophylaxe. Erst durch den Einsatz Antibiotika-haltiger Knochenzemente konnte die Infektionsrate auf 1 bis 2% der Operationen gesenkt werden.In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Knochenzemente (VersaBond und Palacos R) mit unterschiedlichen Antibiotika (Gentamicin und Clindamycin) in unterschiedlichen Konzentrationen (VersaBond AB [1g Gentamicin], VersaBond mit 2g Gentamicin, VersaBond mit 1g Clindamycin, VersaBond mit 2g Clindamycin und Refobacin Palacos R [0,5g Gentamicin])in vitro hinsichtlich ihrer Freisetzungskinetiken und ihrer antimikrobiellen Wirkung mit unterschiedlichen Methoden (kontinuierliche Elution, statische Elution, Diffusionsversuche, Infektionsversuche, Fluoreszenzmikroskopie, Rasterelektronenmikroskopie) untersucht.Die Ergebnisse der kontinuierlichen und statischen Elutionen zeigten initial hohe Freisetzungsraten der Antibiotika. Im untersuchten Zeitraum von 24 Stunden wurde die minimale Hemmkonzentration der untersuchten Bakterien in keinem Fall unterschritten. Bei statischer Elution konnte gezeigt werden, daß in den ersten 24 Stunden nur ein Teil des in den Testzylindern inkorporierten Antibiotikums eluiert wird (etwa 3% des Gentamicins aus Refobacin Palacos R, etwa 2% des Gentamicins aus VersaBond [mit 1g bzw. 2g Gentamicin] und etwa 8% des Clindamycins aus VersaBond).Diffusionsversuche zeigten, daß das bakterielle Wachstum noch nach 20 Tagen in unmittelbarer Umgebung der Testzylinder gehemmt wurde.In den Infektionsversuchen mit Staphylococcus epidermidis konnte gezeigt werden, daß durch alle untersuchten Antibiotika-haltigen Knochenzemente bakterielles Wachstum in den ersten 24 Stunden vollständig sowohl im Eluat als auch auf den Testzylindern verhindert wurde.In einem weiteren Versuchsansatz wurde die Entwicklung eines Biofilms durch Staphylococcus epidermidis auf Antibiotika-haltigen und unbeladenen PMMA-Testzylindern untersucht. Auf unbeladenem Knochenzement bildete sich bereits nach nur einmaliger Inokulation von Bakterien ein Biofilm. Auf den Gentamicin-haltigen Knochenzementen bildete sich erst nach mehrmaligem Beimpfen (zwei- bis dreimal im Abstand von jeweils 12 Stunden) ein Biofilm. Auf den Clindamycin-haltigen Testzylindern bildete sich trotz wiederholtem Beimpfen bis 14 Tage nach Versuchsbeginn kein Biofilm.Der Biofilm wurde qualitativ mit einem live/dead-Farbstoff mittels Fluoreszenzmikroskopie dargestellt. Auf den unbeladenen Testzylindern zeigten sich zahlreiche grün gefärbte (lebende) Bakterien, auf den Gentamicin-haltigen Testzylindern dagegen wenige grün (lebende) und vermehrt rot gefärbte (tote) Bakterien. Auf dem Clindamycin-haltigen Testzylinder fanden sich nur wenige rot gefärbte (tote), jedoch keine grün gefärbten (vitalen) Bakterien, das heißt, daß nur wenige Bakterien anhafteten und diese tot waren.Eine qualitativ orientierende rasterelektronenmikroskopische Untersuchung der Testzylinder, die in 12stündigen Intervallen im Grasso-Modell wiederholt beimpft und über insgesamt 72 Stunden inkubiert worden waren, zeigte bakterielles Wachstum auf den Testzylindern aus VersaBond (unbeladen), VersaBond AB und VersaBond mit 1g Clindamycin. Auf dem Testzylinder aus VersaBond mit 1g Clindamycin waren nur wenige Bakterien zu finden. Als Zeichen für lebende Bakterien wurden Teilungsfiguren angesehen.Entscheidend für die Manifestation einer Infektion sind die ersten Stunden nach der Operation, in denen körpereigene Zellen bei der Gewebeintegration des eingebrachten Biomaterials mit eventuell eingedrungenen Bakterien in einem race for the surface konkurrieren. Es gilt, eine Besiedelung des Biomaterials mit Bakterien und eventuell nachfolgend die Bildung eines Biofilms, der eine chronische Infektion zur Folge haben kann, unbedingt zu vermeiden. Antibiotika-haltiger Knochenzement könnte während dieser kritischen Phase durch Reduktion der Keimlast die körpereigene Abwehr wesentlich unterstützen.Eine mögliche Resistenzentwicklung und die Ausbildung von Kleinzellvarianten von Staphylokokken, die eventuell ebenfalls für chronische Infektionen verantwortlich sind, sind als Risiken zu beachten. Die Wirkung des protrahiert über Tage und Wochen aus dem Knochenzement eluierten Antibiotikums ist unklar.Bei kritischer Würdigung früherer Studien und experimenteller Untersuchungen und der Ergebnisse der vorliegenden Arbeit ist der Einsatz etablierter und/oder neu entwickelter Antibiotika-haltiger Knochenzemente in der Gelenkersatzchirurgie sinnvoll und indiziert. In Anbetracht der steigenden Resistenzentwicklung insbesondere der Hospitalismuskeime auch im traumatologischen und orthopädischen Fachgebiet erscheinen darüber hinaus die Entwicklung und Untersuchung von Knochenzementen, denen neuere Antibiotika, z. B. Linezolid und Quinupristin/Dalfopristin, zugemischt werden, notwendig.Verknüpfung zu Publikationen oder weiteren Datensätzen
Beschreibung
Anmerkungen
Neue Fassung der Dissertation: http://dx.doi.org/10.22029/jlupub-14383
Erstpublikation in
Wettenberg : VVB Laufersweiler 2004