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Bitte beziehen Sie sich beim Zitieren dieses Dokumentes immer auf folgende
URN: urn:nbn:de:hebis:26-opus-20982
URL: http://geb.uni-giessen.de/geb/volltexte/2005/2098/


Untersuchungen zur Biokompatibilität eines Antibiotikumträgers aus Kalziumsulfat und nanopartikulärem Hydroxylapatit und zur Pharmakokinetik von Gentamicin, Vancomycin und Clindamycin nach Implantation in Kaninchenfemura

Reinle, Thomas


Originalveröffentlichung: (2005) Wettenberg : VVB Laufersweiler 2005
pdf-Format: Dokument 1.pdf (2.688 KB)

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Universität Justus-Liebig-Universität Gießen
Institut: Chirurgische Veterinärklinik
Fachgebiet: Veterinärmedizin
DDC-Sachgruppe: Landwirtschaft
Dokumentart: Dissertation
Zeitschrift, Serie: Edition scientifique
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 31.03.2005
Erstellungsjahr: 2005
Publikationsdatum: 14.04.2005
Kurzfassung auf Deutsch: Ziel der vorliegenden Studie war die Abklärung der Pharmakokinetik und der Verträglichkeit von Kalziumsulfat in Kombination mit Ostim®, einem nanopartikulären, synthetisch hergestellten Hydroxylapatit, die als lokale Wirkstoffträger eingesetzt wurden. Hierfür wurden der Markraum eines Femurs bei 36 Kaninchen eröffnet und pro Tier zehn Kalziumsulfatkugeln mit 30 % Ostim®-Anteil eingesetzt, die mit Gentamicin-, Vancomycin- oder Clindamycinlösung getränkt worden waren. Der knöcherne Defekt wurde für eine parallel laufende Studie mit verschiedenen Implantaten ohne Wirkstoff verschlossen, deren Bearbeitung einer weiteren Arbeit überlassen bleibt.


Für die Analyse der Antibiotikakonzentrationen im Serum wurde zwei, vier, acht, 24 und 48 Stunden nach der Implantation Serumproben gewonnen und der Wirkstoffgehalt mikrobiologisch bestimmt. Nach 20 Tagen wurden 24 Tiere und nach 40 Tagen die verbliebenen 12 Tiere getötet und entsprechende Gewebeproben entnommen.


Die maximalen Serumkonzentrationen waren bei den meisten Tieren bereits zwei Stunden nach Implantation erreicht und lagen zwischen 1,74 und 6,08 μg/ml für Gentamicin, 0,44 und 3,82 μg/ml für Vancomycin und 0,12 und 0,31 μg/ml für Clindamycin. Innerhalb der ersten acht Stunden nach Implantation nahmen die Antibiotikagehalte im Blut bereits wieder stark ab. Nach 48 Stunden konnten Gentamicin und Clindamycin nur noch in Spuren oder gar nicht mehr nachgewiesen werden. Vancomycin war auch nach 48 Stunden noch in geringen Mengen nachweisbar.


Hinsichtlich der Verträglichkeit lösten die Implantate im Knochen nur teilweise eine Entzündungsreaktion aus. Sie unterlagen nach 20 Tagen bereits starken Auflösungs- und Resorptionsvorgängen. Diese waren nach 40 Tagen weiter fortgeschritten. Die bindegewebige Einkapselung war gering. Eine lakunäre Resorption fand nur in Ausnahmefällen und in geringem Ausmaß statt. Die Abbauvorgänge übernahmen vor allem ein- und mehrkernige Makrophagen.


Knochenneubildung war in allen Gruppen zu finden, außerdem Inseln neugebildeten Knochengewebes um zentrale Implantatreste, bei denen keine Verbindung zu Zellen mit osteogenem Potential bestand. Diese Befunde lassen den Schluss zu, dass die initial herrschende „saure Phase“ von der gewählten Wirkstoffträgerkombination durchbrochen und in eine alkalische überführt wird, wodurch in Verbindung mit der osteogenen Wirkung des Ostims® eine schnellere Knochenregeneration erreicht wird.
Aufgrund dieser Ergebnisse erfüllt die hier gewählte Kombination aus Kalziumsulfat mit nanopartikulärem HA (Ostim®) die von Caplan geforderten Kriterien eines idealen Knochenimplantates.
Kurzfassung auf Englisch: The aim of this study was to elucidate the pharmacokinetics of calcium sulphate and its compatibility with Ostim®, a nano-particulate, synthetic hydroxylapatite, used as a local carrier for active substrates. The femur marrow chambers of 36 rabbits were opened for this purpose and 10 calcium sulphate pellets, containing 30 % Ostim®, were implanted per animal. The pellets were drenched either in Gentamicin, Vancomycin or Clindamycin solution. The damage to the bones was closed using cylinders of varying composition (without active ingredient) as part of a concurrent study.
Blood samples were taken 2, 4, 8, 24 and 48 hours after implantation to measure the serum concentrations of the antibiotics, which were obtained via a microbiological assay. 24 of the animals were culled on day 20, the rest on day 40 and tissue samples were taken.


In most of these animals the highest serum concentrations were observed 2 hours after implantation. The values ranged from 1.74 to 6.08 mg/ml for Gentamicin, 0.44 to 3.82 mg/ml for Vancomycin and 0.12 to 0.31 mg/ml for Clindamycin. In the first 8 hours a marked reduction in these concentrations was observed. After 48 hours Gentamicin and Clindamycin were only observed as traces, if at all, though Vancomycin could still be measured in low concentrations at this time.


With regard to the compatibility of the implants, inflammation occurred only in some of the bones. The implanted pellets showed marked disintegration and absorption after 20 days, which increased to day 40. Encapsulation by connective tissue was slight. Lacunal reabsorption occurred only in exceptional cases and again was slight. Macrophages were mainly responsible for the disintegration.


In all groups osteoregeneration was observed. Also islands of regenerated bone were observed around central implant remains without connection to any cells with osteogenic potential. These observations lead to the conclusion that the combination of the chosen active substances overcame the initial 'acidic phase', thus the created alkaline conditions in coombination with osteogenic effects o Ostim® aided bone regeneration.

The chosen combination of calcium sulüphate and Ostim® seems to perfectly fit the criteria given by Caplan for an ideal bone implant.