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Fragestellung: Die häufigsten Verwundungen von Soldaten in Afghanistan betreffen das muskuloskeletale System. Zur Verhinderung von Osteomyelitiden ist ein chirurgisches Debridement mit additiver systemischer Antibiotikagabe das Mittel der ersten Wahl. Dieses Konzept könnte durch eine zusätzliche lokale Antibiotikafreisetzung von Implantaten ergänzt werden. Diese in-vitro Studie sollte die Möglichkeiten einer bestehenden Implantatbeschichtung erforschen, unterschiedliche Antibiotika einzeln oder in Mehrfachbeschichtung wirkungsvoll gegen einsatzrelevante Osteomyelitiserreger freizusetzen.

Methodik: Titan-Kirschner-Drähte wurden mit Poly(D,L-Laktid) (PDLLA) und verschiedenen Antibiotika (Abx)-Konzentrationen (3 pro Abx) Ciprofloxacin, Gentamicin, Colistin, Daptomycin und Cefoxitin beschichtet, bei 37°C in NaCl eluiert und nach 4 h, 1, 3, 7, 14, 28 und 42 Tagen Proben entnommen (n=6). Mit den Eluaten wurde eine Hemmhofbestimmung nach Kirby-Bauer gegen gram-positive (Staph. aureus, MRSA) oder gram-negative (Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa) Bakterienstämme durchgeführt. Die Abx-Konzentrationen in den effektivsten Elutionsreihen wurden mittels Massenspektrometrie oder KIMS-Verfahren quantifiziert. In einem weiteren Ansatz wurden Doppelbeschichtungen mit Gentamicin und Colistin (n=6) gegen eine simulierte Mischinfektion mit Staph. aureus und einem multiresistenten A. baumannii getestet. Um toxische Effekte auf Knochenzellen auszuschließen, wurden Osteoblasten mit den verschiedenen Konzentrationen der jeweiligen Abx kultiviert. Die metabolische Aktivität und die alkalische Phosphatase wurden nach 3 Tagen gemessen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Als Beschichtungskonzentrationen mit den effektivsten bakterienhemmenden Eigenschaften wurden 10% w/w für Gentamicin, Colistin und Ciprofloxacin, sowie 40% w/w für Daptomycin identifiziert. Außer Daptomycin zeigten alle Abx einen initialen Burst-release mit kontinuierlicher Freisetzung über 42 Tage. Daptomycin wies eine gesteigerte Freisetzung innerhalb der ersten 24h auf. Cefoxitin führte in keiner Beschichtungs-Konzentration zu einem inhibitorischen mikrobiologischen Effekt und war auch in der Freisetzungskinetik nur gering nachweisbar. Die Doppelbeschichtung mit Gentamicin und Colistin führte zu einer effektiven Freisetzung beider Antibiotika mit nachweisbarer Bakterienhemmung. Keine der Konzentrationen zeigte einen inhibitorischen Effekt auf Osteoblasten in-vitro.

Diese Studie zeigt, dass die Möglichkeit besteht, mittels PDLLA Antibiotikabeschichtungen für Implantate herzustellen, die auch individuellen Keimspektren angepasst sind. Hierbei sind auch Doppel-Beschichtungen mit Antibiotika möglich. Bei den Implantatbeschichtungen ist das Mengenverhältnis eingearbeiteter Medikamente zu berücksichtigen, ferner bei der Freisetzungskinetik die Halbwertszeit der Antibiotika. Die Ergebnisse unterstützen eine weitere Erforschung der gewählten Beschichtungen zur Bekämpfung von Osteomyelitis-induzierenden einsatzrelevanten Bakterienstämmen.