Das Auftreten von Entzündungen im Knochen, einschließlich des Knochenmarks, wird als Osteomyelitis (OM) bezeichnet. Diese zu einer Chronifizierung neigende Er-krankung rezidiviert häufig nach symptomfreien Intervallen. Daher ist eine gründliche Therapie, die eine Kombination aus chirurgischer und antibiotischer Therapie zur Keimsanierung beinhaltet, von großer Bedeutung. Der häufigste Erreger der OM ist Staphylokokkus aureus. Aufgrund seiner hohen Wirksamkeit im grampositiven Bereich ist Vancomycin (VM) aus heutiger Sicht bei einer MRSA assoziierten Knocheninfektion das bevorzugte Therapeutikum und sein Einsatz bei steigenden MRSA-Zahlen in Deutschland von zunehmender Wichtigkeit. Für die antibiotische Therapie gehört eine gezielte Antibiose über 6 Wochen bis zu 6 Monaten zum Goldstandard. Aktuelle Studien zeigen, dass eine zusätzliche intraossäre Applikation von Antibiotika zu längeren symptomfreien Intervallen führt. Dies wird bislang mit PMMA-Gentamycinkugeln (Polymethylmethacrylat) durchgeführt. Diese nicht resorbierbaren Ketten werden in den Knochen gelegt und geben dort das Antibiotikum Gentamycin ab. Da zur Beendigung dieser lokalen antibiotischen Therapie eine operative Entfer-nung der Kugeln notwendig ist, stellen resorbierbare Trägerstoffe für die antibiotische Therapie eine sehr interessante Alternative dar. Bisher untersuchten einige Studien bereits biologisch abbaubare Trägersubstanzen zur langfristigen und kontinuierlichen Freisetzung von Antibiotika im Knochen, darunter unter anderem Kalziumphosphat-zement, Liposomen und Polymere aus Polylactiden. Der neue Therapieansatz in die-ser Arbeit konzentrierte sich auf Kalziumkarbonat, weil es mit seiner ausgesprochen hohen Biokompatibilität, Resorbierbarkeit und seinen stabilisierenden Auswirkungen auf das Knochenwachstum eine optimale Trägersubstanz für den intraossären Ein-satz bei einer OM-Behandlung darstellt. Es war Aufgabe dieser Arbeit, eine Beladung der Kalziumkarbonat-Mikropartikel (MP) mit Vancomycin und dessen Freisetzungski- netik zu untersuchen. In exemplarischen, dreifach wiederholten Versuchen wurden Kalziumkarbonat-Mikropartikel, die nach dem Schema von Volodkin et al. 2004 durch Präzipitation von CaCl2 und Na2CO3 gewonnen worden waren, in vitro untersucht. Zu unterschiedlichen Zeitpunkten wurden während der Herstellung verschiedene Biopo-lymere hinzugefügt und diese teilweise anschließend vernetzt. Mittels des CLSM (Konfokale Laser-Scanning-Mikroskopie) und FITC (Fluoresceinisothiocyanat)-markierter Moleküle konnte die Partikelmorphologie untersucht werden und ihre Fä-higkeit dargestellt werden, Substanzen einzukapseln und wieder freizusetzen. Quan-titative Analysen der Vancomycin- Konzentrationen erfolgten durch Photometrie und HPLC, da Vancomycin ein Absorptionsmaximum bei 282 nm besitzt. Es konnte gezeigt werden, dass die Kalziumkarbonat-Mikropartikel Vancomycin auf-nehmen und im zeitlichen Verlauf dieses wieder freisetzen. Da sich die Partikelmor-phologie durch Zugabe der Biopolymere HSA, Dextran und Fibrin erheblich verän-derte, unterscheiden sich die verschiedenen Partikelsorten deutlich hinsichtlich ihrer Eigenschaften wie Beladungseffizienz, Verlust an Vancomycin während der Wasch-schritte und Freisetzungskinetik. Erreicht wurde ein Release von Vancomycin aus den Mikropartikeln über 24h bis sich ein Gleichgewicht der Konzentration innerhalb der MP und der sie umgebenden Lösung eingestellt hatte. Gezeigt wurde, dass eine Beladung mit Vancomycin wäh-rend der Herstellung der MP, simultan zur Präzipitation, besonders effektiv ist. Im Rahmen der lokalen Antibiose bei Osteomyelitis stellen die VM-CaCO3-HSA 2-Partikel die interessantesten modifizierten Mikropartikel dar, da sie das beste Ver-hältnis von hoher Beladungseffizienz und verzögerter Freisetzungskinetik aufweisen. Sie stellen eine sehr interessante Ergänzung der konventionellen antibiotischen The-rapie der OM dar, da sie am Wirkungsort eine hohe Konzentration an Antibiotikum freisetzen, ohne die beträchtlichen Nebenwirkungen einer systemischen Antibiose wie u.a. Nephrotoxizität und Neurotoxizität aufzuweisen. Zusätzlich besitzen die biologisch abbaubaren Trägersubstanzen, im Gegensatz zu den bislang eingesetzten Gentamycin-PMMA-Kugeln den Vorteil, dass keine Opera-tion zur Entfernung des Materials notwendig wird, so dass das perioperative Risiko und die damit verbundenen Kosten entfallen. Das regenerative Knochenwachstum kann, entsprechend der physiologischen Resorption der Mikropartikel, ungehindert ablaufen. Vorstellbar ist für die Zukunft eine intraossäre Applikation von unterschiedlichen Ca-CO3-Partikeltypen, beladen mit Kombinationen verschiedener Antibiotika aus z.B. Vancomycin, Daptomycin und Linezolid für das grampositive Spektrum und Cefuro-xim für die gramnegativen Keime. Durch das breite Wirkspektrum könnte eine Resis-tenzentwicklung verhindert werden und somit die OM kurativ behandelt werden.
Bone marrow and bone infections are defined as Osteomyelitis. This disease is known to have a high rate of chronic development. Therefor an efficient therapy consisting of surgical and antibiotic therapy is of great importance. Osteomyelitis develops mainly due to staphylococcus aureus. As Vancomycin is very efficient against gram positive bacteria it becomes more important in the treatment of MRSA associated infection. Recent studies reported the benefit of a combination of systemic and local antibiotic delivery. Today mainly PMMA- Gentamycin-chains are used. As these need to be removed within an operation after the treatment, they have a enormous disadvantage compared to biodegredable carriers. In this study microparticles made out of calcium carbonate are to be examined as carrier for vancomycin with qualities such as release rate and loading capacity. Calcium carbonate has the advantage of being biodegredable with a high biocompatibility. The microparticles were made as described by Volodkin et al. 2004 and were further modified. Pictures were taken with the CLSM and quantitative analyses made with the HPLC. It was shown that calcium carbonate microparticels encapsule vancomycin and set it free with time. A further modification with Fibrin und Albumin has a deep impact on the particles characteristics. Especially a modification with Albumin and adding the Vancomycin simultaneously as VM-CaCO3-HSA 2-particles has shown to be the most effective. Vancomycin was released for 24h until a steady state set in. With these qualities calcium carbonate particle are an interesting alternative to carriers used for local antibioticdelivery so far. Especially as a high concentration of antibiotics can be achieved locally with only few systemic side effects and with no need of removal after finishing the treatment, the calcium stabilises the bone instead. In the future there could be calcium carbonate particles of different size loaded with different antibiotice for a wide spread treatment of osteomyelitis, which enable a better treatment of the disease and less development of resistant bacteria as the release is for a limited time only.
