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Einfluss von Gentamicin-beladenem Allograft auf die Knochenheilung
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Veröffentlicht: | 22. Oktober 2019 |
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Fragestellung: Trotz der zunehmenden Verfügbarkeit von unterschiedlichen Knochenersatzmaterialien bleibt die Regeneration großer Knochendefekte eine Herausforderung und hierbei insbesondere die Infektionsprävention - ohne die Regenerationspotentiale zu mindern. Ziel dieser Studie war die Untersuchung des Einflusses Gentamicin-beladener demineralisierter Knochenmatrix (DBM) auf die Heilung kritischer Defekte im Schafsmodell.
Methodik: DBM (DBMputty, DIZG, Deutschland) wurde perioperativ mit Gentamicin gemischt: 50 mg/g DBM. Bohrlochdefekte (Durchmesser: 6 mm, Tiefe: 15 mm) wurden in diaphysären und metaphysären Knochen von Schafen gesetzt. Die Defekte (6 - 8 pro Gruppe und Zeitpunkt) wurden mit DBM oder Gentamicin-beladener DBM gefüllt oder unbehandelt gelassen. Nach drei und neun Wochen wurde die Defektregeneration mittels µCT und Histologie analysiert. Statistik: Kruskal-Wallis mit Dunn's Test (GraphPad Prism 8, USA).
Ergebnisse: Die radiologischen und histologischen Untersuchungen zeigten eine Knochenneubildung in den Bohrlochdefekten, welche an den Rändern der Bohrlöcher begann und sich mit der Zeit in die Defektmitte hinein fortsetzte. Die Menge an DBM nahm im Laufe der Zeit aufgrund des aktiven Abbaus durch Osteoklasten ab, während Osteoblasten neuen Knochen bildeten. Die µCT-Analyse und Histologie zeigten in den drei Gruppen eine vergleichbare Heilung der Bohrlochdefekte nach drei Wochen. Nach neun Wochen hatte sich in den Gentamicin/DBM gefüllten Defekten signifikant weniger mineralisiertes Gewebe gebildet im Vergleich zur ungefüllten Kontrolle.
Schlussfolgerung: Mit diesem perioperativen Anreicherungsverfahren war das Beladen von DBM während des chirurgischen Eingriffs schnell und zuverlässig möglich. Frühere in vitro-Experimente zeigten nach drei Tagen eine initiale und nahezu vollständige Freisetzung, eine antimikrobielle Aktivität und gute Biokompatibilität der Eluate. Die Gentamicin/DBM-Konzentration lag im Bereich von klinisch verwendetem Antibiotika-beladenem Zement zur Prophylaxe und Behandlung bei Gelenkersatz [1]. Die in vivo beobachtete verzögerte Heilung war aufgrund der in vitro gefundenen guten Biokompatibilität unerwartet. Allerdings wird auch über eine verminderte Heilung bei Wirbelsäulenfusionen beim Kaninchen berichtet, bei der DBM mit Vancomycin gemischt wurde [2]. Dagegen zeigte DBM mit Gentamicin oder DBM/bioaktives Glas mit Tobramycin keinen negativen Effekt auf die Osteoinduktivität bzw. Heilung von Femurdefekt der Ratte [3], [4]. Zusammenfassend zeigte die Beladung von DBM mit Gentamicin über mehrere Tage hinweg eine Antibiotikaabgabe, die die kritische Phase kurz nach der Operation abdeckt. Aufgrund der schnelleren und vollständigeren Freisetzung des Antibiotikums im Vergleich zu Antibiotika-beladenem Zement sollte diskutiert werden, ob durch eine geringere Menge des Antibiotikums die Knochenformation erhalten werden kann.
Literatur
- 1.
- Jiranek WA, Hanssen AD, Greenwald AS. Antibiotic-loaded bone cement for infection prophylaxis in total joint replacement. J Bone Joint Surg Am. 2006 Nov;88(11):2487-500.
- 2.
- Shiels SM, Raut VP, Patterson PB, Barnes BR, Wenke JC. Antibiotic-loaded bone graft for reduction of surgical site infection in spinal fusion. Spine J. 2017 Dec;17(12):1917-1925. DOI: 10.1016/j.spinee.2017.06.039
- 3.
- Lewis CS, Supronowicz PR, Zhukauskas RM, Gill E, Cobb RR. Local antibiotic delivery with demineralized bone matrix. Cell Tissue Bank. 2012 Mar;13(1):119-27. DOI: 10.1007/s10561-010-9236-y
- 4.
- Shiels SM, Cobb RR, Bedigrew KM, Ritter G, Kirk JF, Kimbler A, Finger Baker I, Wenke JC. Antibiotic-loaded bone void filler accelerates healing in a femoral condylar rat model. Bone Joint J. 2016 Aug;98-B(8):1126-31. DOI: 10.1302/0301-620X.98B8.37634