Na čem závisí uvolňování vankomycinu z plně-resorbovatelného kostního cementu určeného pro prevenci a léčbu infekčních kostí?

What does the release of vancomycin from a fully-resorbable bone cement designed for the prevention and treatment of infectious bone depend on?

abstrakt

čeština

Vankomycin, v dnešní době nejvíce používané glykopeptidové antibiotikum pro léčbu infekcí kostí způsobených gram-pozitivními bakteriemi jako je např. Staphylococcus aureus (SA), lékaři nejčastěji aplikují ve dvou formách buď pomocí granulí síranu vápenatého nebo zamíchánim do poly(methylmetakrylátového) kostního cementu. První nosič se odbourává velmi rychle, zatímco druhý vůbec a ani jeden není vhodný pro následnou regeneraci kostí. Způsob uvolňování vankomycinu z kostního cementu je tedy jedním ze stěžejních faktorů, které rozhodují o účinnosti antibiotické léčby. V této studii jsme se soustředili na sledování rychlosti a způsobu uvolňování vankomycinu z připravených plně-resorbovatelných kostních cementů na bázi fosforečnanu vápenatého a termocitlivého kopolymeru. V experimentech byl použit vankomycin s koncentracemi od 0.05 až do 5 hm%. Uvolňování bylo sledováno po dobu 7 dní pomocí vysokotlaké kapalinové chromatografie (HPLC) i ultrafialovo-viditelné spektroskopie (UV-VIS), aby bylo možné určit uvolněnou aktivní i neaktivní formu vankomycinu. Na základě výsledků bylo prokázáno, že průběh uvolňování vankomycinu odpovídá kinetice prvního řádu, kdy je množství uvolněné látky koncentračně závislé, přičemž k postupnému uvolnění nejvyšší koncentrace dochází v průběhu prvních 24 hodin. Navíc byla kinetika ovlivněna mnoha faktory od přípravy vzorků, množství použitého vzorku, typu rozpouštědla pro extrakce i způsobu provedení kinetického měření. Nicméně bylo zjištěno, že přídavek vankomycinu do kostního cementu vykazuje výrazné baktericidní účinky SA v již ve velice nízkých koncentracích (> 0,05 hm%). Takto navržený materiál má tedy velký potenciál při prevenci a léčbě osteomyelitidy v oborech jako jsou ortopedie, stomatologie či traumatologie.

Vancomycin, currently the most widely used glycopeptide antibiotic for the treatment of bone infections caused by gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (SA), is most often applied by doctors in two forms, either by means of calcium sulfate granules or mixed into poly(methyl methacrylate) bone cement. The first carrier breaks down very quickly, while the second carrier does not at all and neither is suitable for subsequent bone regeneration. The way vancomycin is released from bone cement is therefore one of the key factors that determine the effectiveness of antibiotic treatment. In this study, we focused on monitoring the rate and mode of release of vancomycin from prepared fully resorbable bone cements based on calcium phosphate and a thermosensitive copolymer. Vancomycin was used in the experiments with concentrations from 0.05 to 5 wt%. The release was monitored for 7 days using both high-pressure liquid chromatography (HPLC) and ultraviolet-visible spectroscopy (UV-VIS) to determine the released active and inactive forms of vancomycin. Based on the results, it was proven that the course of vancomycin release corresponds to first-order kinetics, where the amount of released substance is concentration-dependent, with the gradual release of the highest concentration occurring during the first 24 hours. In addition, the kinetics were affected by many factors from sample preparation, the amount of sample used, the type of solvent for the extractions, and the way the kinetic measurement was performed. However, it was found that the addition of vancomycin to bone cement shows significant bactericidal effects of SA already in very low concentrations (> 0.05 wt%). The material designed in this way has great potential in the prevention and treatment of osteomyelitis in fields such as orthopedics, dentistry and traumatology.

injektabilní resorbovatelný kostní cement, antibiotikum, vankomycin, kinetika uvolňování

injectable resorbable bone cement; antibiotic; vancomycin; release kinetics

VOJTOVÁ, L.; BRTNÍKOVÁ, J.; MICHLOVSKÁ, L.; TUŠLOVÁ, K.; KLAPKOVÁ, E.; BALLAY, R.; SUCHÝ, T.

17. 9. 2024

České vysoké učení technické v Praze

Praha

978-80-01-07334-6

Biomateriály a jejich povrchy XVII.

1

79

79

89

https://www2.irsm.cas.cz/ext/biomaterialy/download/BIOMATERIALY_A_JEJICH_POVRCHY_XVII.pdf