by G. H. | Aug 20, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Testung der Wirksamkeit von antibiotischen Therapien in einem chronischen hämatogenen Staphylococcus aureus Maus-Osteomyelitismodell
Kreis CAA, Tuchscherr L, Hoerr V, Medina E, Peters G, Fuchs T, Raschke MJ, Löffler B
Fragestellung: Staphylokokken gehören zu den am häufigsten isolierten Keimen in der Traumatologie und Orthopädie. Dabei ist Staphylococcus aureus ein pathogener Keim, der sehr häufig eine Osteomyelitis hervorruft und trotz antibiotischer Therapie zur Entwicklung von chronischen Infektionen neigt. Chronische und therapie-refraktäre Knocheninfektionen sind oft mit einem verändeten bakteriellen Phänotyp assoziiert, den sog. small-colony-variants (SCVs), die wahrscheinlich entscheidend zur bakteriellen Resistenzentwicklung beitragen.
Methodik: Die Beurteilung der Wirksamkeit verschiedener antibiotischer Substanzen (Rifampicin, Gentamicin, Cefuroxim) erfolgt in einem experimentellen Maus-Modell, welches bereits von Horst et al. (Am J Pathol., 2012) publiziert wurde und die humane Infektionssituation einer Osteomyelitis sehr nahe wiederspiegelt. Nach intravenöser Applikation einer definierten S. aureus-Dosis erfolgt die Knochenbesiedlung bei dieser Form der Osteomyelitis über die Blutbahn. Die antibiotische, intravenöse Therapie der infizierten Mäuse erfolgt im akuten und im chronischen Stadium der Osteomyelitis mit o.g. antibiotischen Substanzen. Der Entzündungsprozess des Knochens mit der einhergehenden Knochendeformierung wird in jeder Untersuchungsgruppe sowohl vor als auch nach antibiotischer Therapie mittels MRT visualisiert, was die Quantifizierung des inflammatorischen Fokus ermöglicht. Des Weiteren erfolgt im Anschluss die mikrobiologische Analyse durch Ausplattieren von infiziertem Knochenmaterial. Die Wirksamkeit der ausgewählten Antibiotika wurde zuvor in Osteoblasten-Zellkulturmodellen evaluiert.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Es zeigt sich, dass Rifampicin und Cefuroxim die Keimzahl und die Entzündungsreaktion im Knochengewebe in der akuten Infektionsphase reduzieren. Die Aktivität von Gentamicin erwies sich im Vergleich weniger effektiv. In der akuten Infektionsphase zeigt sich, das Gentamicin die SCV-Synthese induziert, was die Entwicklung Therapie-refraktärer Infektionen fördern könnte. In der chronischen Infektionsphase verlieren alle getesteten antibiotischen Substanzen ihre Wirksamkeit. Hier zeigt sich nach Abschluss der Therapie, dass kein Antibiotikum einen reduzierenden Effekt auf die Entzündungsreaktion, die Knochendeformierung oder die Keimzahl aufweist.
In diesem in-vivo Infektionsmodellen zeigt sich, dass Cefuroxim und Rifampicin in der akuten Phase der Infektion wirksam sind. Jedoch verlieren alle getesteten Antibiotika in der chronischen Infektionsphase ihre Wirksamkeit gegen persistierende Keime. Zudem findet durch Gentamicin eine Induktion der SCV-Bildung statt, was die Entstehung von chronischen, Therapie-refraktären Infektionen fördern könnte.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI59-791
doi: 10.3205/14dkou435 , urn:nbn:de:0183-14dkou4357
Published: October 13, 2014
© 2014 Kreis et al.
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by G. H. | Aug 20, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Der Einfluss von Nanosilberpartikeln (OECD Referenzmaterial NM 300) auf humane Osteoblasten
Schaumburger J, Maderbacher G, Winkler S, Craiovan B, Grässel S, Grifka J, Springorum HR
Fragestellung: Zur Infektionsprophylaxe wird Silber bereits erfolgreich bei Stents, Wundverbänden und beschichteten Endoprothesen eingesetzt. Dabei wurde bisher mikropartikuläres Silber eingesetzt. Eine Erweiterung des Einsatzes auf PMMA-Knochenzement und Polyethylen wird diskutiert. Der Vorteil von nanopartikulärem gegenüber mikropartikulärem Silber besteht in einer deutlich besseren antibakteriellen Wirksamkeit bei geringerer Silber-Gesamtmenge. In der vorliegenden Studie wurden die zytotoxischen Auswirkungen des nanopartikulären Silber (OECD Referenzmaterial NM 300) auf humane Knochenzellen in vitro untersucht.
Methodik: Von 10 Patienten wurden Osteoblasten isoliert und im Monolayer proliferiert. Die Osteoblasten aus Passage 1 wurden in einer Dichte von 3000 Zellen/well in 96 Well-Platten ausgesät und für 48 Stunden mit Nanosilber in den Konzentrationen (0 ppm, 1 ppm, 10 ppm, 100 ppm, 1000 ppm) kultiviert. Anschließend wurden die Proliferation (BrdU) und die Vitalität (WST-1) der Zellen sowie die Zytotoxizität (LDH) der Substanz photometrisch gemessen und der Einfluß auf die Apoptoserate mittels Caspase Essay untersucht.
Ergebnisse: Die 3 Messparameter zeigten, dass es bei einer Konzentration von 1 ppm zu keiner relevanten Veränderung der Vitalität im Vergleich zur Kontrolle (0 ppm) kommt. Bei 10 ppm kam es zu geringer Abnahme der Proliferation bei gleichzeitiger erhöhter Zytotoxizität. Dieser Effekt war bei 100 ppm noch verstärkt. Ab einer Konzentration von 1000 ppm geht die Proliferation und Vitalität signifikant zurück und die Zytotoxizität im LDH-Test steigt signifikant an. Für die Apoptoserate zeigte sich keine signifikante Erhöhung in den verschiedenen Nanosilberkonzentrationen.
Schlussfolgerung: Unsere Versuche zeigen, dass zwischen 1 und 10 ppm noch keine Zytotoxizität des nanopartikulären Silbers vorliegt. Bei höheren Konzentrationen reduzieren sich die Proliferationsrate und die Vitalität. Um negative Auswirkungen für die Patienten zu vermeiden, ist eine Freisetzung von maximal 10 ppm nanopartikulärem Silber aus dem implantierten Biomaterial zu fordern.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI59-1330
doi: 10.3205/14dkou434 , urn:nbn:de:0183-14dkou4345
Published: October 13, 2014
© 2014 Schaumburger et al.
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by G. H. | Aug 14, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Implantatoberflächen mit antibakteriellen als auch wundheilungsfördernden Eigenschaften
Prinz C, Meyer U, Weber J
Fragestellung: Mit der vorliegenden Studie sollten die antimikrobielle Wirkung als auch wundheilungsfördernde Eigenschaften von kupferbeschichteten Titanimplantaten (K-Draht) untersucht werden [1], [2], [3].
Methodik: Für die Studie wurden Titanimplantate (K-Draht) plasmaelektrochemisch oxidiert und nachfolgend galvanisch mit Kupfer beschichtet. Zur mechanischen Verfestigung und Glättung der Oberfläche wurde die so entstandene Titanoxid/Kupferschicht abschließend glaskugelgestrahlt. Als Beschichtungsparameter wurde eine Flächenbelegung von 1,0 µg Kupfer / mm2 festgelegt.
Als Versuchstiere wurden Kaninchen verwendet, sie wurden in 4 Gruppen eingeteilt. Gruppe 1 und 3 dienten als Kontrollgruppen und wurden nicht mit Kupfer beschichtet. Die Gruppen 3 und 4 wurden zusätzlich mit 100 µl Bakteriensuspension (s. aureus) der Konzentration: 107 KBE/ml inokuliert. Der rechte Femur wurde frakturiert und durch die Einführung eines K-Drahtes stabilisiert. Nach 28 Tagen post OP wurden die Implantate unter sterilen Bedingungen entnommen. Zur Prüfung der antibakteriellen Wirksamkeit wurden die Implantate nach der Entnahme in je 10 ml Thioglycolatbouillon aufgenommen. Alle Ansätze wurden 24 h bei 30°C inkubiert und auf Agar in verschiedenen Verdünnungsstufen ausgestrichen. Die Auszählung erfolgte nach 48 h Inkubation bei 30°C. Die Evaluation der wundheilungsfördernden Eigenschaften erfolgte histologisch als auch radiologisch durch die Messung des Callus-Index [4].
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Als Infektion wurde bewertet, wenn auf dem Implantat Bakterien nachgewiesen wurden. Alle Tiere der Kontrollgruppe (unbeschichtet) wiesen 28 Tage post OP eine lokale Infektion auf. Bei allen Gruppen die mit Kupfer beschichtet wurden konnten keine Bakterien nachgewiesen werden. Es konnte also festgestellt werden, dass Kupferkonzentrationen von 1µg/mm2 antibakteriell wirken. Zusätzlich wurde bei den Titan/Kupfer Implantaten ein höherer Callus-Index gemessen, dies könnte ein Hinweis auf wundheilungsfördernde Eigenschaften von Kupfer sein.
Literatur
1. Prinz C, Neumann HG. Antibacterial Titanium/Calcium Phosphate Implant Surfaces. Key Engineering Materials KEM. 2009;396-398:299-302. DOI: 10.4028/www.scientific.net/KEM.396-398.299
2. Alt V, Bitschnau A, Osterling J, Sewing A, Meyer C, Kraus R, Meissner SA, Wenisch S, Domann E, Schnettler R. The effects of combined gentamicin-hydroxyapatite coating for cementless joint prostheses on the reduction of infection rates in a rabbit infection prophylaxis model. Biomaterials. 2006 Sep;27(26):4627-34.
3. Borkow G, Okon-Levy N, Gabbay J. Copper Oxide Impregnated Wound Dressing: Biocidal and Safety Studies. Wounds. 2010;22(12):301-10.
4. Eastaugh-Waring SJ, Joslin CC, Hardy JR, Cunningham JL. Quantification of fracture healing from radiographs using the maximum callus index. Clin Orthop Relat Res. 2009 Aug;467(8):1986-91. DOI: 10.1007/s11999-009-0775-0
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI59-979
doi: 10.3205/14dkou433 , urn:nbn:de:0183-14dkou4331
Published: October 13, 2014
© 2014 Prinz et al.
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by G. H. | Aug 14, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Antimikrobielle Wirksamkeit von Lysostaphin-beschichteten Platten im Osteitis-Mausmodell
Windolf CD, Lögters T, Suschek C, Windolf J
Fragestellung: Lysostaphin ist ein Bakteriozin, welches gezielt gegen Staphylococcus aureus wirksam ist. Im letzten Jahr konnten wir die generelle in-vivo Wirksamkeit der Substanz im Osteitis-Mausmodell zeigen. Ziel dieser Studie war es herauszufinden, ob Lysostaphin seine Wirksamkeit in-vivo behält, wenn es mit einer Poly-(D,L-lactid) Beschichtung direkt auf ein Implantat gekoppelt wird und somit eine Implantat assoziierte Osteitis verhindern kann.
Methodik: Unter Verwendung unseres etablierten und publizierten Osteitis-Mausmodells, wurde bei insgesamt 30 weiblichen Balb/c Mäusen der linke Femur mit einer Gigli-Säge (0,2 mm) osteotomiert und mit einer winkelstabilen 4-Loch Titanplatte versorgt. 10 Mäuse bekamen eine unbehandelte Platte, 10 Mäuse eine Lysostaphin-Poly-(D,L-lactid) beschichtete Platte und 10 Mäuse eine Lysostaphin-Poly-(D,L-lactid) beschichtete Platte, die zusätzlich mit 40 kGyβ bestrahlt wurde, um die Platten nachträglich zu sterilisieren. Alle Tiere wurden intra-operativ mit Staphylococcus aureus (CFU 103) infiziert. Nach 7, 14 und 28 Tagen wurden bei allen Mäusen standardisiert ein Wunddebridement und eine Lavage durchgeführt. Aus den Lavagen wurden die Staphylococcus aureus CFU (colony forming units) sowie die Anzahl an Leukozyten und IL-6 bestimmt. Die Frakturheilung wurde radiologisch mittels eines Punkte-Scores analysiert (1 Punkt Frakturheilung, 2 Punkte keine Veränderung der Frakturzone, 3 Punkte Vergrößerung der Frakturzone, 4 Punkte Osteolyse, 5 Punkte Osteodestruktion). Zur statistischen Auswertung wurden der Student’s t-Test two-tailed und der Mann-Whitney-Test verwendet.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Schon an Tag 7 waren die Lavagen in den beiden Gruppen mit den Lysostaphin-beschichteten Platten steril (8 von 10 ohne Bestrahlung bzw. 9 von 10 mit Bestrahlung), wohingegen bei der Gruppe mit den unbehandelten Platten in allen Lavagen über den gesamten Zeitraum Keime nachgewiesen wurden. Leukozyten und IL-6 in den Lavagen der beiden Gruppen mit den Lysostaphin-beschichteten Platten wies ebenfalls über den gesamten Zeitraum signifikant geringere Werte auf als die Gruppe mit den unbehandelten Platten. Ebenso fand sich in diesen beiden Gruppen an Tag 7 und 14, aber besonders an Tag 28 eine signifikant höhere Frakturheilung als in der Gruppe mit den unbehandelten Platten.
Unsere Ergebnisse zeigen, dass Lysostaphin trotz Kopplung auf Titanimplantaten seine Bioaktivität behält und erfolgreich Staphylococcus aureus in-vivo bekämpft. Die Tiere mit den Lysostaphin-beschichteten Platten zeigten eine rasche Frakturheilung im Gegensatz zu den Tieren mit den unbehandelten Platten, die eine Osteitis entwickelten. Im nächsten Schritt wird festzustellen sein, ob das Mausmodell auf ein Großtiermodell übertragbar ist.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI59-350
doi: 10.3205/14dkou432 , urn:nbn:de:0183-14dkou4324
Published: October 13, 2014
© 2014 Windolf et al.
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by G. H. | Aug 14, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Gmd-Antikörper als Impfstoff gegen Staphylococcus aureus einschließlich MRSA – Erste experimentelle Resultate und Entwicklung eines 2-Stage-Revisonsmodell am Tier
Alt V, Kates S, Schnettler R, Schwarz E
Aim: A potential target for a vaccination strategy against Staphylococcus aureus including MRSA is the glucosaminidase (Gmd) subunit of autolysin which is an essential enzyme required for binary fission and biofilm formation. The monoclonal antibody anti-Gmd 1C11 is of interest as it bounds to S. aureus during binary fission. The aim of the study was to evaluate the effect of 1C11 against S. aureus in vitro and in vivo including the development of a clinically relevant 2-stage revision model.
Method: The lytic effect of 1C11 on S. aureus was studied in vitro by Xen29 S. aureus of which 10,000 CFU were incubated without antibody (negative control group), or with 50 microg/ml 1C11. Samples were then prepared for scanning electron microscopy.
For first in vivo testing, mice (n=20) received an intraperitoneal injection of saline or 1 mg of purified 1C11 anti-Gmd antibody 3 days prior to surgical implantation of a transtibial pin containing 500,000 CFUs of Xen29 S. aureus. The mice were imaged to assess in vivo bioluminescent imaging (BLI) on day 0, 3, 5, 7, 10, 14. Furthermore, X-rays were performed after 14 days.
Results: In vitro, the bacteria grew mostly as healthy single cells or small chains in the negative control group. In contrast, addition of anti-Gmd antibody caused large clustering and lysis of the cells. In vivo, absence of a BLI signal in the anti-Gmd animals until day 5 can be observed whereas there is a high BLI signal in the control group. X-rays of the mice in the negative control group obtained on day 14 are shown to illustrate the osteolytic lesion, which was not present in the anti-Gmd treated mouse.
Furthermore, a clinical relevant two-stage rabbit model that mimics the clinical situation of a two-stage proecedure after infected arthroplasty was developed in which the 1C11 antibody will be tested in a next step.
Conclusion: 1C11-anti-Gmd-antibody is a promising antibody for vaccination against S. aureus, including MRSA. If it can provide its effectiveness in the new 2-stage rabbit-model it will be of high interest in the field of total joint arthroplasty.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI59-1273
doi: 10.3205/14dkou431 , urn:nbn:de:0183-14dkou4311
Published: October 13, 2014
© 2014 Alt et al.
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by G. H. | Aug 6, 2018 | Hüfte + Endoprothetik, Knie + Endoprothetik, News
Die standardmäßige Antibiotikaprophylaxe hat keinen negativen Einfluss auf bakteriologische Probenentnahme bei Knie-TEP Wechsel wegen Infektion
Jenny JY, Diesinger Y, Bund L, Gaudias J, Boeri C
Fragestellung: Das Infektionsrisiko ist bei einem Implantat Wechsel höher als nach einer primären Implantation, vor allem wegen der längeren Operationszeit. Es gibt Hinweise darauf, dass ein relevanter Anteil der Fehlschläge nach Knie-TEP Wechsel aufgrund einer neuen Infektion mit einem anderen Erreger als der Index-Infektion verursacht wird. Diese neue Infektion ist eine Komplikation des Implantat Wechsels der häufig ohne Antibiotikaprophylaxe durchgeführt wird, aus Angst die bakteriologischen Proben falsch negativ sein könnten. Folgende Hypothese wurde überprüft: die Durchführung einer standardmäßigen Antibiotikaprophylaxe vor Knie-TEP Wechsel wegen Infektion beeinflusst die bakteriologischen Probenergebnisse nicht.
Methodik: 51 Patienten wurden während der Studiendauer operiert. Die Indikation war ein einzeitiger Knie-TEP Wechsel wegen periprothetischer Infektion. Es wurden 19 Männer und 31 Frauen mit einem Durchschnittsalter von 71 Jahren operiert. Die Diagnose wurde prä-operativ aufgrund von klinischen, radiologischen und bakteriologischen Kriterien gestellt. Jegliche antibiotische Therapie wurde vor der OP eingestellt. Die Patienten wurden in 2 Gruppen eingeteilt: Gruppe 1 (26 Patienten) keine standardmäßige Antibiotikaprophylaxe, Gruppe 2 (25 Patienten) standardmäßige Antibiotikaprophylaxe 30 Minuten vor Hautschnitt. Die antibiotische Therapie der Infektion wurde begonnen, nachdem die Entnahme der bakteriologischen Proben abgeschlossen war. Das Ergebnis dieser Proben wurde analysiert (ob positiv oder steril, Übereinstimmung mit den präoperativen Proben). Das Ergebnis der Behandlung auf Infektion wurde nach 6 Monaten bewertet.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die intraoperativen Proben waren in 24 Fällen in Gruppe 1 und 23 Fällen in Gruppe 2 positiv. Die Ergebnisse waren in allen Fällen mit den prä-operativen Proben konkordant. 22 Patienten in Gruppe 1 und 21 in Gruppe 2 waren nach 6 Monaten Infekt-frei. Die prä-operative Antibiotikaprophylaxe hatte keinen negativen Einfluss auf die Ergebnisse der peri-operativen bakteriologischen Probenentnahme. Die Durchführung einer standardmäßigen Antibiotikaprophylaxe vor Hautschnitt bei Implantat Wechsel wegen infizierter Knie-TEP könnte die Rate von Re-Infektionen senken. Wir empfehlen daher dieses Vorgehen.
Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2014). Berlin, 28.-31.10.2014. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2014. DocWI59-357
doi: 10.3205/14dkou430 , urn:nbn:de:0183-14dkou4302
Published: October 13, 2014
© 2014 Jenny et al.
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