In vitro μελέτη της απελευθέρωσης αντιμικροβιακών ουσιών από κυλίνδρους κρυσταλλικού ημιυδρικού θειικού ασβεστίου

Abstract

Background: Chronic osteomyelitis presents significant therapeutic difficulties. Long term antimicrobial treatment is hampered by tissue penetration issues and the development of adverse events. On the other hand surgical intervention is usually necessary. Treatment of osteomyelitis with local delivery systems has become common practice whereas several biodegradable substances have been employed as the vehicle of delivery. Methods: We used Stimulan™, (in a powder and mixing solution form) a synthetic biocompatible bone graft material that is completely resorbed to be replaced by new bone. Characteristics of the aforementioned material are 100% purity, osteoconductive-osteoinductive action and ability of biodegradation. Moxifloxacin or fusidic acid and CaSO4 were admixed at a ratio of 95:5 up to a total weight of 3gr, at room temperature in five sterile vials. Mueller-Hinton broth (1ml) was added over the free surface of the mixture and replaced every 24h. The samples were incubated in 37? C. In vitro elution was estimated daily using a High Performance Liquid Chromatography (HPLC) system and a microbiology agar diffusion assay. Results: Elution of moxifloxacin lasted for 31 days. Eluted concentrations reached their peak on Day 13 (mean level 745μg/ml) whereas the lowest concentration was detected on Day 30 (mean level 367 μg/ml) according to the HPLC estimation. Elution of fusidic acid lasted for 14 days. Eluted concentrations reached their peak on Day 6 (mean value 249.5 μg/ml) whereas the lowest eluted concentration was detected on Day 13 (mean value 10.9μg/ml). Conclusions: Elution of moxifloxacin and fusidic acid is high indicating that Stimulan™ may be used as a local antibiotic delivery system. Further studies in experimental osteomyelitis should be performed to further evaluate this effect in vivo.

Εισαγωγή: Η χρόνια οστεομυελίτις έχει θεραπευτικές δυσκολίες. Απαιτεί τόσο χειρουργική, όσο και παθολογική αντιμετώπιση, με μακροχρόνια χορήγηση αντιμικροβιακών ουσιών, η οποία με τη σειρά της μειονεκτεί από την άποψη της φαρμακοκινητικής στα οστά και από τις ανεπιθύμητες ενέργειες που εμφανίζονται συχνά. Η συνδυασμένη αντιμετώπιση της οστεομυελίτιδας με τοπικά συστήματα απελευθέρωσης αντιβιοτικών χρησιμοποιείται ευρέως, είτε με αποδομήσιμα ή με μη αποδομήσιμα υλικά. Μεθοδολογία: Χρησιμοποιήσαμε το Stimulan™ (σε μορφή σκόνης), ένα συνθετικό βιοαπορροφήσιμο υλικό, το οποίο απορροφείται πλήρως και αντικαθίσταται από νέο οστό. Χαρακτηρίζεται από 100% καθαρότητα, οστεοβλαστική δραστικότητα και ικανότητα πλήρους αποδόμησης. Επιλέχθηκαν η μοξιφλοξασίνη και το φουσιδικό οξύ, δύο αντιμικροβιακές ουσίες με εξαιρετική αντισταφυλοκοκκική δράση. Η μοξιφλοξασίνη ή το φουσιδικό οξύ και το CaSO4 αναμείχθηκαν σε αναλογία 5:95 με συνολικό βάρος 3 γραμμαρίων, σε θερμοκρασία δωματίου σε 5 αποστειρωμένους σωληνίσκους. Στην ελεύθερη επιφάνεια του μίγματος προσετέθη 1ml ζωμού Muller-Hinton, ο οποίος και αντικαθίστατο κάθε 24 ώρες. Τα δείγματα επωάζονταν στους 37? C. Οι συγκεντρώσεις του αντιμικροβιακού που αποδεσμεύονταν υπολογίστηκαν με τη μέθοδο της Υγράς Χρωματογραφίας Υψηλής Απόδοσης (HPLC) και με την μικροβιολογική μέθοδο (μέθοδο διάχυσης σε άγαρ), με πρότυπους μικροοργανισμούς τον Bacillus subtilis ATCC 6633 και το Corynebacterium 404 CIP 5216 για την μοξιφλοξασίνη και το φουσιδικό οξύ αντίστοιχα και την συνδρομή προγράμματος ηλεκτρονικού υπολογιστή. Αποτελέσματα: Η αποδέσμευση της μοξιφλοξασίνης διήρκεσε 31 ημέρες. Σύμφωνα με τις μετρήσεις της HPLC μεθόδου τα μέγιστα επίπεδα επιτεύχθηκαν την 13η ημέρα (μέση τιμή 745 μg/ml) ενώ τα ελάχιστα σημειώθηκαν την 30η ημέρα (μέση τιμή 367μg/ml). Η απελευθέρωση του φουσιδικού οξέος κράτησε 14 ημέρες, με τα μέγιστα επίπεδα να καταγράφονται την 6η ημέρα (μέση τιμή 249,5 μg/ml) και τα ελάχιστα την 13η ημέρα (μέση τιμή 10,9μg/ml). Εξίσου ικανοποιητικές ήταν και οι μετρήσεις με την μικροβιολογική μέθοδο εις αμφότερες τις αντιμικροβιακές ουσίες. Συμπεράσματα: Η απελευθέρωση τόσο της μοξιφλοξασίνης όσο και του φουσιδικού οξέος είναι υψηλές και καταδεικνύει την δυνατότητα του Stimulan να χρησιμοποιηθεί ως σύστημα απελευθέρωσης αντιμικροβιακών ουσιών. Περαιτέρω μελέτες σε πειραματικά μοντέλα οστεομυελίτιδας είναι απαραίτητα για την τεκμηρίωση αυτών των δεδομένων in vivo.