Schlüsselwort: protective coatings

Die intramedulläre Osteosynthese der Tibia mit einem Marknagel ist eine häufig angewandte Methode zur Frakturstabilisierung bei unfallchirurgischen Operationen. Jedes Material, welches in den Körper implantiert wird, stellt jedoch ein erhöhtes Risiko für eine bakterielle Oberflächenbesiedlung dar (Gristina et al., 1988). Dies begünstigt die Entstehung von tiefen Wundinfektionen (Jansen & Peters, 1993). Implantatassoziierte Infektionen gehören noch immer zu den schwerwiegendsten Komplikationen bei der Frakturversorgung. Mithilfe einer biodegradierbaren Implantatbeschichtung lassen sich Wirkstoffe zur kontrollierten Freigabe in einen polymeren Trägerstoff einarbeiten (Lucke et al., 2003). Das Implantat kann dadurch als sogenanntes „Drug-Delivery-System“ fungieren (Fuchs et al., 2011). Mit Hilfe eines solchen Systems kann eine lokale antibiotische Wirkung im Frakturgebiet erzielt werden, wodurch das Risiko einer bakteriellen Kolonisation reduziert wird (Lucke et al., 2003). Darüber hinaus lassen sich mögliche unerwünschte Arzneimittelwirkungen einer systemischen antibiotischen Applikation durch eine lokale antibiotische Therapie einschränken. Die vorliegende Arbeit umfasst eine detaillierte in-vitro und in-vivo Analyse der Wirkstofffreisetzung bzw. –anreicherung des in die Polymerbeschichtung Poly(D,L-Laktid) eines Titankirschnerdrahtes eingearbeiteten antibiotischen Wirkstoffs Gentamicin. Für die in-vivo Studie wurden gentamicinbeschichtete Titankirschnerdrähte in den Tibiamarkraum von Ratten implantiert und nach verschiedenen Zeitpunkten, über eine Dauer von 42 Tagen, entnommen. Zur Darstellung der in-vivo Freisetzungskinetik erfolgte eine Quantifizierung der Gentamicinkonzentration auf dem Implantat, im Knochen, im Endost, in der Niere sowie im Serum der Ratten. Weiterhin erfolgten röntgenologische, histologische und immunhistologische Analysen, die es ermöglichten Kenntnis über die Verteilung und Anreicherung von Gentamicin in den oben genannten Geweben zu erlangen. Die Freisetzungskinetik des lokal verabreichten antibiotischen Wirkstoffs Gentamicin zeigte in-vitro und in-vivo einen ähnlichen Verlauf. Sowohl in-vitro als auch in-vivo erfolgte ein initialer Anstieg der Gentamicinfreisetzung. Zum Untersuchungszeitpunkt „eine Stunde“ nach Implantation der Titankirschnerdrähte konnten die höchsten Gentamicinkonzentrationen in allen analysierten Geweben und auf den Titankirschnerdrähten ermittelt werden. Über den gesamten Untersuchungszeitraum von einer Stunde bis 42 Tage konnte der Wirkstoff Gentamicin im Endost nachgewiesen werden, wobei bis zum Zeitpunkt „vier Stunden“ nach Implantation der Titankirschnerdrähte eine antimikrobiell wirksame Gentamicinkonzentration erreicht wurde. Die radiologische Untersuchung der Tibia zeigte keine Anzeichen einer destruktiven Veränderung des Knochens durch das Implantat und dessen Beschichtung. Dies weist auf eine gute Biointegrität von Implantat und Beschichtung hin. Die immunhistochemische Färbung mit der Avidin- Biotin- Complex- Methode zeigte eine Akkumulation des Gentamicins im Bereich der Nierenrinde, was vermutlich auf die renale Elimination des Wirkstoffes zurückzuführen ist. Das zum Ausschluss einer Toxizität des aus der Polymerbeschichtung freigesetzten Gentamicins histologisch untersuchte Nierengewebe, zeigte keine Anzeichen entzündlicher oder nekrotischer Prozesse. Da die renale Exkretionsrate im Rahmen der vorliegenden Arbeit nicht ermittelt wurde, erfolgte keine Berechnung der absoluten in-vivo freigesetzten Gentamicinkonzentration. Die Kombination der verschiedenen Methoden zur Quantifizierung und Darstellung von Gentamicin in den Geweben, wie sie in dieser Arbeit verwendet wurden, erlauben es, Informationen über die Akkumulation und die Aktivität des lokal freigesetzten Antibiotikums über den gesamten Untersuchungszeitraum zu sammeln. Aufgrund der beschriebenen Gefahr der Ausbildung einer bakteriellen Infektion infolge einer Tibiafraktur, als auch nach Frakturstabilisierung, ist eine schnellstmögliche lokale antibiotische Aktivität notwendig. Die Untersuchungsergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass durch den Einsatz von Poly(D,L- Laktid) beschichteten Titankirschnerdrähten, mit dem inkorporierten Wirkstoff Gentamicin, in den ersten vier Stunden postoperativ antimikrobiell wirksame Gentamicinkonzentrationen im Operationsgebiet erreicht werden können. Ferner wurden radiologisch sowie histologisch keine Anzeichen unerwünschter Arzneimittelwirkungen des Gentamicins in den untersuchten Geweben nachgewiesen. Mit Poly(D,L- Laktid) und Gentamicin beschichtete Osteosynthesematerialien scheinen somit für eine perioperative Antibiotikaprophylaxe, gegebenenfalls ergänzend zu einer systemischen Antibiotikatherapie, geeignet zu sein.