Sledování vlivu různých faktorů na rychlost a způsob uvolňování antibiotika z kostního cementu

Monitoring the effect of various factors on the rate and manner of antibiotic release from bone cement

konferenční sborník (ne článek)

čeština

Pro léčbu osteomyelitidy, tj. zánětlivé bakteriální infekce objevující se jako komplikace během postoperačního procesu hojení kostní tkáně způsobené gram-pozitivními bakteriemi, například Staphylococcus aureus (SA,) se používají antibiotika, která jsou aplikována jako součást tzv. kostních cementů. Na trhu však dodnes není vhodný kostní cement, který by díky svému materiálovému složení umožňoval postupné uvolňování daného antibiotika v místě infekce. V této práci byl sledován vliv různých faktorů na způsob a rychlost uvolňování vybraného antibiotika vankomycinu inkorporovaného do nově vyvinutého resorbovatelného kostního cementu na bázi fosforečnanu vápenatého a termocitlivého kopolymeru. Pomocí dvou zobrazovacích technik, rastrovací elektronové mikroskopie a mikroCT, byl sledován vliv způsobu přípravy a míchání kostního cementu na vnitřní strukturu, morfologii a velikost pórů. Bylo zjištěno, že při ručním míchání vznikají drobnější póry v rozsahu velikostí 30 – 250 µm, zatímco při použití elektrického míchání kostního cementu se distribuce velikosti pórů posunula do vyšších hodnot, 50 – 400 µm. Poté byla ve fyziologických podmínkách při teplotě 37 °C měřena kinetika uvolňování vankomycinu z připravených kostních cementů. Množství uvolněného vankomycinu bylo stanoveno pomocí UV-VIS spektroskopie a kapalinové chromatografie. Experimentálně bylo zjištěno, že způsob přípravy kostních cementů neměl nijak výrazný vliv na kinetiku uvolňování vankomycinu stejně tak jako vliv měření ve statických nebo v dynamických podmínkách. Pro zajištění reprodukovatelnosti a dostatečné homogenity kostního cementu bylo pro přípravu cementů vybráno elektrické míchání. Oba další sledované parametry, vliv koncentrace vankomycinu a množství použitého kostního cementu, ovlivňovaly průběh uvolňování antibiotika velmi výrazně. Na základě výsledků měření bylo zjištěno, že průběh uvolňování antibiotika odpovídá kinetice prvního řádu (v závislosti na koncentraci). Při nejnižší použité koncentraci antibiotika bylo uvolněno pouze 50 % a při optimální 1 % koncentraci se uvolnilo až 90 % antibiotika. Tento nově navržený resorbovatelný kostní cement, který je vhodným materiálem pro řízené uvolňování antibiotik, má velký potenciál pro léčbu zánětlivých infekcí kostí v lékařských oborech jako jsou traumatologie či ortopedie.

For the treatment of osteomyelitis, i.e. an inflammatory bacterial infection occurring as a complication during the postoperative healing process of bone tissue caused by Gram-positive bacteria, for example Staphylococcus aureus (SA,), antibiotics are used, which are applied as part of the so-called bone cements. However, there is still no suitable bone cement on the market today, which, thanks to its material composition, would enable the gradual release of the given antibiotic at the site of infection. In this work, the influence of various factors on the way and rate of release of the selected antibiotic vancomycin incorporated into a newly developed resorbable bone cement based on calcium phosphate and a thermosensitive copolymer was monitored. Using two imaging techniques, scanning electron microscopy and microCT, the influence of the method of preparation and mixing of bone cement on the internal structure, morphology and pore size was monitored. Hand mixing was found to produce finer pores in the size range of 30–250 µm, while using electrical mixing of bone cement shifted the pore size distribution to higher values, 50–400 µm. The kinetics of vancomycin release from the prepared bone cements were then measured under physiological conditions at a temperature of 37 °C. The amount of vancomycin released was determined using UV-VIS spectroscopy and liquid chromatography. Experimentally, it was found that the method of preparation of bone cements had no significant effect on the kinetics of vancomycin release, as well as the effect of measurements in static or dynamic conditions. To ensure reproducibility and sufficient homogeneity of the bone cement, electric stirring was chosen for the preparation of the cements. Both other monitored parameters, the effect of vancomycin concentration and the amount of bone cement used, influenced the release of the antibiotic very significantly. Based on the measurement results, it was found that the release course of the antibiotic corresponds to first-order kinetics (depending on the concentration). At the lowest concentration of the antibiotic used, only 50% was released, and at the optimal concentration of 1%, up to 90% of the antibiotic was released. This newly designed resorbable bone cement, which is a suitable material for the controlled release of antibiotics, has great potential for the treatment of inflammatory bone infections in medical fields such as traumatology and orthopedics.

osteomyelitida, kostní cement, fosforečnan vápenatý, vankomycin

osteomyelitis, bone cement, calcium phosphate, Vancomycin

BRTNÍKOVÁ, J.; MICHLOVSKÁ, L.; LYSÁKOVÁ, K.; HLINÁKOVÁ, K.; KAISER, J.; ZIKMUND, T.; ŽÍDEK, J.; KLAPKOVÁ, E.; BALLAY, R.; VOJTOVÁ, L.

23. 11. 2023

Brno

978-80-11-04155-7

II. česko – slovenský kongres „Mezioborové přístupy v hojení ran“

1

25

25

52

http://symma.cz/hojeniran/down/hr_2023_program.pdf