In-vitro-Untersuchungen zu Elutionskinetiken und antimikrobiellen Wirkungen von Gentamicin- und Clindamycin-haltigen Knochenzementen

Zusammenfassung

Studienziel: In der primären Endoprothetik und insbesondere in der Revisionsarthroplastik werden antibiotikabeladene Knochenzemente zur Infektionsprophylaxe eingesetzt. Ziel der Untersuchung ist die Prüfung der Freisetzungskinematiken und biologischen Wirksamkeit des Knochenzementes Versabond® nach Zugabe von Gentamicin und Clindamycin. Material und Methode: Die Elution von Gentamicin und Clindamycin unterschiedlicher Konzentrationen aus dem Knochenzement Versabond® wurde im statischen Modell sowie im kontinuierlichen Elutionsmodell nach Grasso in vitro gemessen. Die Prüfung der Wirksamkeit antibiotikabeladener Zementkörper erfolgte im Infektmodell mit Staph.-aureus- und Staph.-epidermidis-Stämmen sowie mit der Live/Dead-Fluoreszenzmikroskopie. Die Oberflächenbeschaffenheit von Staph. epidermidis-kontaminierten Zementkörpern nach Zugabe von Antibiotika wurde mittels Rasterelektronenmikroskopie untersucht. Ergebnisse: Messungen der statischen und kontinuierlichen Elution zeigten höhere Anfangskonzentrationen von Gentamicin im Vergleich zum Clindamycin. Die freigesetzte Menge an Gentamicin nahm im zeitlichen Verlauf innerhalb 24 h ab, während Clindamycin-beladene Prüfkörper im gleichen Zeitraum eine prolongierte Freisetzung aufwiesen. Die Fluoreszenzmikroskopie ergab auf den antibiotikabeladenen Prüfkörpern nach 24 h avitale Erreger, nach 72 h war auf den Prüfkörpern mit Gentamicin jedoch wieder ein Keimnachweis zu verzeichnen. Nach Zugabe von Antibiotika zum Knochenzement wiesen die Prüfkörper inhomogene Oberflächen auf. Schlussfolgerung: Die Zugabe von Clindamycin zum Knochenzement erweist sich aufgrund besserer Freisetzungskinetiken und höherer biologischer Aktivität als günstiger im Vergleich zum Gentamicin.

Abstract

Aims: In arthroplasty and particulary in revision surgery antibiotic-loaded bone cements are applied. The purpose of the current study was to analyse the kinetics of antibiotic release and antimicrobial effects of the gentamicin- and clindamycin-loaded bone cement Versabond®. Materials and Methods: Test cylinders of bone cements, containing gentamicin and clindamycin in different concentrations, were investigated in vitro with regards to the kinetics of antibiotic release by applying static and continuous elution methods. Antimicrobial effects of antibiotic-loaded bone cement were tested in an infection model with different strains of Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis and live/dead dye plus fluorescence microscopy. For the surface analysis of antibiotic-loaded test cylinders contaminated with Staphylococcus epidermidis, scanning electron microscopy was used. Results: The measurement of static and continuous elution revealed initially higher rates of gentamicin release in comparison with clindamycin. The gentamicin amount decreased within 24 h, whereas clindamycin-loaded test cylinders showed a prolonged release. After 24 h exclusive avital bacteria on antibiotic-loaded cement cylinders were seen, after 72 h on gentamicin-loaded cement bacterial growth was again detected. Application of antibiotics in bone cement revealed an inhomogeneous surface of the bone cement cylinder. Conclusions: On application of clindamycin in bone cement the features of increased antibiotic uptake and antimicrobial effect compared with gentamicin-loaded bone cement are observed.

Schlüsselwörter

Endoprothetik - Knochenzement - Antibiotika - Freisetzungskinetik - Gentamicin - Clindamycin

Key words

arthroplasty - bone cement - antibiotics - elution - gentamicin - clindamycin

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