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Antimikrobielle Aktivität und Zellverträglichkeit von nanopartikulärem Silberknochenzement: eine in-vitro-Untersuchung
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Published: | October 19, 2004 |
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Fragestellung
Infektionen mit multiresistenten Bakterien sind schwerwiegende Komplikationen in der Endoprothetik und treten immer häufiger auf. Fragestellung dieser Studie war, ob ein neuartiger, nanopartikulärer Silberknochenzement in einem in-vitro-Proliferationstest eine höhere antimikrobielle Wirksamkeit als Antibiotika-Zemente und eine gute Zellverträglichkeit aufweist.
Methoden
Silber mit einer Partikelgröße von 5-50 nm wurde in Konzentrationen von 0,1%, 0,5% und 1,0% einem Polymethylmetacrylat(PMMA)-Knochenzement beigefügt. Die antimikrobielle Aktivität von nanopartikulärem Silberknochenzement mit unterschiedlicher NanoSilber-Konzentration wurde gegen multiresistente Staphylokokken und gramnegative Keime mit unterschiedlichen Biofilmbildungsaktivitäten getestet. Als Vergleich dienten Gentamicin- und Tobramycin-Zement sowie PMMA-Zement ohne den Zusatz antibakterieller Substanzen. Als Testmethode wurde ein in-vitro-Proliferationstest verwendet, der nach Adhäsion der Bakterien auf der Zementoberfläche die Aussaat von Tochterzellen von der Zementoberfläche semi-quantitativ in Form von Zeit-Proliferations-Kurven erfasste.
Zur Bestimmung der Zytotoxizität wurde ein Extraktionsmedium-Test mit Mausfibroblasten durchgeführt und dabei die LDH-Freisetzung, die Anzahl der vitalen Zellen und der Gesamtproteingehalt der inkubierten Fibroblasten gemessen. Als nicht-toxische Kontrolle diente reines Zellkulturmedium, als toxische Kontrolle Triton X 100. Desweiteren wurde das Anwuchsverhalten humaner Osteoblasten auf nanopartikulärem Silberzement 1% fluoreszenzmikroskopisch bestimmt.
Ergebnisse
Die antimikrobielle Wirkung von nanopartikulärem Silberknochenzement war konzentrationsabhängig. Nanopartikulärer Silberknochenzement 1% zeigte bei allen getesteten Bakterien eine antibakterielle Wirkung, einschließlich MRSA und MRSE. Gentamicin- bzw. Tobramycin-Zement war gegen Keime, die eine hohe Resistenz gegen Gentamicin bzw. Tobramycin aufwiesen, wirkungslos. PMMA-Zement ohne den Zusatz antibakterieller Substanzen konnte die Proliferation keines der getesteten Keime verhindern und zeigte somit keine antimikrobielle Aktivität.
Hinsichtlich der LDH-Freisetzung, der Anzahl vitaler Zellen und des Proteingehalts der Mausfibroblasten bestand kein signifikanter Unterschied zwischen nanopartikulärem Silberknochenzement 1% und der nicht-toxischen Kontrolle. Auch in dem Anwuchsversuch humaner Osteoblasten zeigten sich keine Unterschiede zwischen Silberknochenzement und dem Zellkulturmedium.
Schlussfolgerungen
Nanopartikulärer Silberknochenzement 1% wies eine hervorragende antimikrobielle Aktivität gegen multiresistente Keime auf, die weder von Gentamicin- noch von Tobramycin-Zement erreicht wurde. Desweiteren zeigte dieser Zement eine gute Biokompatibilität.
Lässt sich die Kombination beider Eigenschaften in einem nächsten Schritt in vivo bestätigen, kann nanopartikulärer Silberknochenzement 1% zu einer neuen Alternative in der Endoprothetik werden.