Dissertation

Tierärztliche Hochschule Hannover / Bibliothek – School of Veterinary Medicine Hannover / Library

Stefanie Mielke-Kuschow

Untersuchungen zur Freisetzung und Wirkung von aus Knochenzement freigesetzten antibakteriellen Wirkstoffen

 

NBN-Prüfziffer

urn:nbn:de:gbv:95-107465

title (engl.)

Explorations of the disposal and effect of antibacterial ingredients released by bone cement

publication

Hannover, Tierärztliche Hochschule, Dissertation, 2015

text

http://elib.tiho-hannover.de/dissertations/mielke-kuschows_ws15.pdf

abstract (deutsch)

In der vorliegenden Arbeit wurden Biomet® und Palacos® Knochenzement mit Enrofloxacin (25 mg/g PMMA und 50 mg/g PMMA) als Modellsubstanz bzw. Vancomycin (25 mg/g PMMA und 50 mg/g PMMA) versetzt. Das Ziel war, dass Freisetzungsprofil von Antibiotika aus PMMA-Knochenzement zu untersuchen. Es wurde überprüft, ob der PMMA-Knochenzement genügend Antibiotikum freisetzt, um eine MHK zu erreichen. Im Anschluss wurden Versuche zur antibakteriellen Wirkung der freigesetzten Antibiotika-Mengen durchgeführt. Weiterhin wurde die Resistenzentwicklung bei E. coli und S. aureus durch den Einfluss der freigesetzten Antibiotika-Mengen untersucht.

Die Freisetzung wurde sowohl in vitro als auch ex vivo am isoliert perfundierten Rindereuter unter Einsatz der Mikrodialyse-Technik untersucht. Die In-vitro- und Ex-vivo-Ergebnisse bestätigen, dass PMMA-Knochenzement ein biphasisches Freisetzungsprofil aufweist (WEBB et al. 2013). Zu Beginn wird eine hohe Menge an Antibiotikum abgegeben, gefolgt von einer geringeren Menge über einen längeren Zeitraum (WEBB et al. 2013). Weiterhin unterscheiden sich die beiden verwendeten PMMA-Knochenzemente in ihrer Freisetzungsmenge. Biomet® Knochenzement setzt mehr Vancomycin frei als Enrofloxacin. Im Gegensatz dazu wird aus Palacos® Knochenzement mehr Enrofloxacin abgegeben als Vancomycin. Es gibt unterschiedliche Faktoren, die die Freisetzung beeinflussen, wie z.B. Art des PMMA-Knochenzements, Fertigung des PMMA-Knochenzements, Antibiotika-Wahl usw. Aufgrund des biphasischen Freisetzungsprofils, zeigt auch die antibakterielle Wirkung der abgegebenen Antibiotika-Mengen einen ähnlichen Verlauf. Bereits nach 24 h kommt es zu einer Reduktion des antibakteriellen Effekts. Die Untersuchungen zur Resistenzentwicklung zeigen ebenso, dass PMMA-Knochenzement nicht genügend Antibiotikum über einen längeren Zeitraum freisetzt. Bei E. coli kam es bereits nach 5 Tagen zu einer MHK-Verschiebung (Enrofloxacin-haltiger PMMA-Knochenzement).

Anhand der vorliegenden Arbeit wird deutlich, dass PMMA-Knochenzement über einen kurzen Zeitraum genügend Antibiotika-Mengen freisetzt, welche antibakteriell wirken. Nach etwa 1 bis 3 Tagen kommt es allerdings zu einer Reduktion der antibakteriellen Wirkung. MASRI et al. (1998) stellten fest, dass PMMA-Knochenzement mindestens 90 mg Antibiotikum pro g PMMA enthalten müsste, um über einen längeren Zeitraum einen antibakteriellen Effekt aufzuweisen. Diese Menge ist allerdings nicht möglich, da es somit zu einer Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des PMMA-Knochenzements käme.

abstract (englisch)

In the presented work Biomet® und Palacos® bone cement were added with enrofloxacin (25 mg/g PMMA and 50 mg/g PMMA) as a model substance and vancomycin (25 mg/g PMMA and 50 mg/g PMMA). The objective was to analyze the disposal profile afterwards. It has been analyzed whether the PMMA-bone cement releases enough antibiotics to reach the MIC. Afterwards, tests to examine the antibacterial effect of the released antibiotics were being made. In addition to that, the appearance of resistances of E. coli and S. aureus, due to the influence of the released antibiotics, were being examined.

The disposal was examined both, in vitro as well as ex vivo, using an isolated perfused cow udder. For this examination the microdialysis technology was applied. The in-vitro- and ex-vivo-results confirm that the PMMA-bone cement is showing a bi-phaseal disposal potential (WEBB et al. 2013). In the beginning, a higher amount of antibiotics is being released, followed by a lower amount of antibiotics over a longer period of time (WEBB et al. 2013). Moreover, both used bone cements are having a different disposal amount. Biomet® bone cement is releasing more vancomycin than enrofloxacin. By contrast, Palacos® is releasing more enrofloxacin than vancomycin. It exist different factors which are influencing the disposal, for instance the sort of PMMA-bone cement, the production manner of PMMA-bone cement as well as the choice of antibiotics and further more. Due to bi-phaseal disposal profile, the antibacterial effect of the released antibiotics is showing a similar course. Already after 24 hours, the antibacterial effect is being reduced. The examinations of the resistances appearance also show that the PMMA-bone cement is not releasing enough antibiotics over a longer period of time. When using E. coli, already after 5 days, a MIC-displacement occurred (enrofloxacin-containing PMMA-bone cement).

This academic work shows that the PMMA-bone cement is only releasing enough antibiotics over a short period of time in order to produce an antibacterial effect. After 1 to 3 days, the antibacterial effect is already being reduced. MASRI et al. (1998) have found out that PMMA-bone cement needs to contain at least 90 mg antibiotics per gram PMMA in order to produce an antibacterial effect over a longer period of time. This amount is not possible because it would influence the mechanical properties of PMMA-bone cement.

keywords

Knochenzement, Antibiotika, Resistenzen, Bone cement, Antibiotics, Resistance

kb

2.723