Untersuchung zur Wirksamkeit von Ciprofloxacin-beschichteten Gehörknöchelchenprothesen im infizierten Mittelohr von Kaninchen

Durch eine chronische Mittelohrentzündung kommt es häufig zum Funktionsverlust oder sogar zu einer Zerstörung der Gehörknöchelchenkette. Es gibt heutzutage eine Reihe von alloplastischen Materialien, um die Gehörknöchelchen zu rekonstruieren, wobei die Anforderungen in Bezug auf die Materialstabilität und Biokompatibilität sehr hoch sind. Oftmals ist es nicht möglich, das Prothesenmaterial in eine keimfreie Umgebung zu implantieren und es kann zu infektions-assoziierten Komplikationen bis hin zur Prothesenextrusion kommen. Ziel dieser Studie war es, mittels eines Infektionsmodells im Kaninchen eine Otitis media mit dem human-pathogenen Keim Ps. aeruginosa experimentell zu erzeugen und mit zwei unterschiedlichen Ciprofloxacin-beschichteten Mittelohrprothesen als „drug delivery system“ wieder zu beseitigen, um deren antibakterielle Wirksamkeit zu testen und somit einer Keimbesiedlung der Implantate vorzubeugen. Als Basismaterial für die Prothesen wurde die Glaskeramik Bioverit®II verwendet, welche bereits erfolgreich in der rekonstruktiven Mittelohrchirurgie eingesetzt wird. In der ersten Versuchsreihe wurden zwei verschiedene nanoporöse Siliziumdioxid-Beschichtungen verwendet. Das eingelagerte Antibiotikum wurde hierbei entweder im „burst release“- oder „slow release“- Modus freigesetzt. Nach drei Monaten wurden die Kaninchen euthanasiert und seziert und es folgten mikrobiologische und histopathologische Untersuchungen von verschiedenen Organen. Die Ergebnisse zeigten, dass eine schnelle Freisetzung des Antibiotikums in den ersten Stunden aus den „burst release“-Prothesen in einem signifikant besseren Gesundheitszustand der Kaninchen resultierte. In der „slow release“-Gruppe mussten sieben von 12 Tieren frühzeitig euthanasiert werden, verglichen mit nur zwei Tieren in der „burst release“-Gruppe(P < 0,05).  Zudem konnte Ps. aeruginosa bei fünf Kaninchen aus der „slow release“-Gruppe in der Tupferprobe des Gehirnes nachgewiesen werden, was auf eine aszendierende Infektion hinweist. Im zweiten Tierversuch wurde eine LDH-Beschichtung (LDH = layered double hydroxide) als „drug delivery system“ für das Ciprofloxacin eingesetzt. Die beiden hier verwendeten Versuchsgruppen wurden zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit Ps. aeruginosa experimentell infiziert. Gruppe 1 wurde der Keim während der Operation in das Mittelohr injiziert. Gruppe 2 wurde erst eine Woche nach der Implantation nachträglich durch das Trommelfell infiziert, um eine rezidivierende Infektion zu imitieren und eine Einschätzung über die Dauer der antibakteriellen Wirkung der Prothesen zu bekommen. Nach drei Wochen waren keine signifikanten Unterschiede im allgemeinen Gesundheitszustand zwischen beiden Gruppen zu erkennen, jedoch konnten eindeutige Abweichungen bei der bakteriologischen Untersuchung der Mittelohr- und Implantatspülungen nachgewiesen werden. Bei zwei Kaninchen aus Gruppe 1 und fünf aus Gruppe 2 erfolgte ein positiver Nachweis von Ps. aeruginosa. Die quantitative Untersuchung der Implantatspülungen ergab zudem eine statistisch signifikant höhere Konzentration von Bakterien in Gruppe 2 (P < 0,05). Das Ergebnis lag hier bei durchschnittlich 51.000 CFU/10 ml im Vergleich zu 400 CFU/10 ml in Gruppe 1. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass mit einer nanoporös beschichteten Prothese mit einem eingelagerten Antibiotikum ein weiterer Fortschritt in der Mittelohrchirurgie geleistet werden kann. Die verwendeten Prothesen dieser Studie waren in der Lage, eine bakterielle Infektion im Mittelohr bedeutend zu reduzieren. Besonders wirkungsvoll ist hierbei eine schnelle Freisetzung des Medikaments aus der Beschichtung. Auch die getestete LDH-Beschichtung scheint eine sehr gute antibakterielle Wirksamkeit zu haben. Aufgrund der abweichenden Ergebnisse bei unterschiedlichen Infektionszeitpunkten muss vor einer möglichen klinischen Erprobung das Abbauverhalten der LDH-Nanopartikel im Mittelohrmillieu noch genauer charakterisiert und gegebenenfalls der Aufbau der LDHs verändert werden.