Sutures colonized by bacteria represent a challenge in surgery due to their potential to cause surgical site infections. In order to reduce these type of infections antimicrobially coated surgical sutures are currently under development. In this study, we investigated the antimicrobial drug octenidine as a coating agent for surgical sutures. To achieve high antimicrobial efficacy and required biocompatibility for medical devices, we focused on optimizing octenidine coatings based on fatty acids. For this purpose, antimicrobial sutures were prepared with either octenidine-laurate or octenidine-palmitate at 11, 22, and 33 μg/cm drug concentration normalized per length of sutures. Octenidine containing sutures were compared to the commercial triclosan-coated suture Vicryl® Plus. The release of octenidine into aqueous solution was analyzed and long-term antimicrobial efficacy was assessed via agar diffusion tests using Staphylococcus aureus. For determining biocompatibility, cytotoxicity assays (WST-1) were performed using L-929 mouse fibroblasts. In a 7 days elution experiment, octenidine-palmitate coated sutures demonstrated much slower drug release (11 μg/cm: 7 %; 22 μg/cm: 5 %; 33 μg/cm: 33 %) than octenidine-laurate sutures (11 μg/cm: 82 %; 22 μg/cm: 88 %; 33 μg/cm: 87 %). Furthermore sutures at 11 μg/cm drug content were associated with acceptable cytotoxicity according to ISO 10993–5 standard and showed, similar to Vicryl® Plus, relevant efficacy to inhibit surrounding bacterial growth for up to 9 days. Octenidine coated sutures with a concentration of 11 μg/cm revealed high antimicrobial efficacy and biocompatibility. Due to their delayed release, palmitate carriers should be preferred. Such coatings are candidates for clinical testing in regard to their safety and efficacy.

Zusammenfassung Behandlungen oberflächlicher Wundinfektionen mit lokalen Antibiotika werden wegen der erhöhten Gefahr einer Resistenzentwicklung und fehlender Wirksamkeit in tieferen Regionen als problematisch angesehen. Im Gegensatz dazu ist der lokale Einsatz von Antibiotika in der Knochenchirurgie bei Verwendung von Implantaten sinnvoll. Grund dafür ist die Gefahr einer raschen Ausbildung eines Biofilms auf körperfremden Implantaten. Eine daraus resultierende Infektion kann in der Folge unerkannt unterhalten werden und eine chronische Verlaufsform annehmen. Neben Fremdkörpern dient abgestorbenes Gewebe wie z. B. Knochensequester als Rückzugsgebiet für Keime im Körper. Aufgrund der Besonderheiten von Knochen- und Gelenkinfektionen und der erheblichen Infektionsrezidivrate sind deshalb kombinierte Maßnahmen wichtig. Die systemische Antibiotikagabe reduziert zwar die Anzahl der perioperativ eingebrachten bzw. hämatogen aus anderen Infektionsherden streuenden planktonischen Erreger, verfehlt aber aufgrund der geringen Knochengängigkeit vieler systemisch eingesetzten Antibiotika oftmals das Ziel, eine Besiedlung des Implantats zu verhindern. Lokal freigesetzte Antibiotika können dagegen aufgrund der hohen Konzentrationen in situ das körperfremde Material am Implantationsort vor Keimen schützen. Daher sind bei der Behandlung implantatassoziierter Infektionen systemisch und lokal applizierte antiinfektive Wirkstoffe als zuverlässige adjuvante Maßnahme in das Behandlungskonzept der chirurgischen Sanierung eingebettet, um den Therapieerfolg dauerhaft zu gewährleisten. Polymethylmethacrylat(PMMA)-Knochenzement ist dabei der am häufigsten verwendete lokale Wirkstoffträger. Mikrobiologen und Infektiologen bestimmen gemeinsam mit dem Chirurgen und Apotheker auf der Basis klinischer und mikrobiologischer Ergebnisse, welche antiinfektiven Wirkstoffe systemisch und welche mit PMMA-Zement lokal für den Patienten indiziert sind. Da im Gegensatz zu Empfehlungen für den systemischen Einsatz von Antiinfektiva für ihre lokale Applikation meist keine evidenten Konzepte existieren, wird in dem Übersichtsartikel nachfolgend dargestellt, welche Punkte hier beachtet werden sollten.

Background: Prosthetic joint infection (PJI) is a serious complication of orthopedic implant surgery. Treatment often includes the use of an antibiotic-loaded Polymethyl methacrylate (PMMA) bone cement spacer. Several antibiotics are commonly used for the preparation of these spacers, but due to the increasing number of infections with resistant Gram-negative bacteria, there is a need for the use of carbapenem antibiotics such as meropenem and imipenem as drugs of last resort. Unfortunately, the reaction heat generated during the preparation of the bone cement can be a major problem for the stability of these antibiotics. In the present study, the stability of meropenem and imipenem was tested before and after the admixture to PMMA bone cements. Methods: High-performance liquid chromatography with ion-pairing reversed-phase separation and spectrophotometric detection was used for analysis. Stability tests with meropenem and imipenem were performed with antibiotics in solution and solid form at different temperatures (37 °C, 45 °C, 60 °C, 90 °C) and times (30 min, 60 min, 120 min). To test the stability of both antibiotics in PMMA after exposure to the reaction heat during polymerization, three different bone cements were used to generate specimens that contained defined amounts of antibiotics. Reaction heat was measured. The form bodies were mechanically crushed and aliquots were dissolved in ethyl acetate. Samples were prepared for HPLC DAD analysis. Results: Meropenem and imipenem showed the highest degradation levels after heat stressed in solution, with maximum levels of 75% and 95%, respectively. In solid form, degradation levels decreased dramatically for meropenem (5%) and imipenem (13%). Stability tests of both carbapenems in bone cement showed that they remained largely stable during PMMA polymerization, with retrieved amounts of about 70% in Palacos^® R and Copal^® G+V, and between 80 and 90% in Copal^® spacem. Conclusions: In contrast to the results of meropenem and imipenem in solution, both antibiotics remain stable in solid form and mostly stable in the cement after PMMA polymerization. The low degradation levels of both antibiotics after exposure to temperatures > 100 °C allow the conclusion that they can potentially be used for an application in PMMA cements.

Background: The number of periprosthetic joint infections caused by vancomycin-resistant pathogens is increasing. Currently, no PMMA cement is commercially available to cover VRE. Daptomycin shows promising results in treating infection, offering a good safety profile and a reduced risk of developing resistance. The purpose of this in vitro study was to investigate the mechanical stability, handling properties, elution behavior, and antimicrobial effectiveness of PMMA cement loaded with three different daptomycin concentrations in comparison to commercially available antibiotic-loaded bone cement (ALBC). Methods: Mechanical properties and handling characteristics (ISO 5833, DIN 53435), HPLC elution, antimicrobial effectiveness with proliferation assay (DIN 17025), and inhibition zone testing were investigated. Results: All tested daptomycin concentrations met the ISO and DIN standards for mechanical strength. Loading of 40 g of PMMA cement with 0.5 g of daptomycin did not show any antimicrobial effectiveness, in contrast to 1.0 g and 1.5 g. PMMA cement with 1.5 g of daptomycin was the best in terms of elution and effectiveness, and it showed good ISO mechanical strength; ISO doughing was sticky for a little longer and setting was faster compared to the vancomycin-containing reference cement. Conclusion: PMMA cement containing 0.5 g of gentamicin and 1.5 g of daptomycin could be a good alternative to the already established COPAL^® (Wehrheim, Germany) G+V for the treatment of PJIs caused by VRE.

Zusammenfassung Hintergrund Autogenes Knochenmaterial (Autograft) wird in der Chirurgie insbesondere zur Defektauffüllung sowie beim Impaction Grafting bei der Pfannenrekonstruktion und bei der Femurrekonstruktion eingesetzt und gilt als Goldstandard. Weltweit am häufigsten werden allerdings aufgrund des günstigen Kosten-Nutzen-Verhältnisses Allografts eingesetzt. Fehlt ausreichendes Knochentransplantat, können Knochenersatzwerkstoffe (KEW) zum Einsatz kommen: Sie basieren auf oder kombinieren unterschiedlichen Materialien. Einen Sonderfall stellen rekombinante Proteine dar wie z. B. die knochenmorphogenetischen Wachstumsfaktoren der BMP-Gruppe, die spezifisch Knochen- und Knorpelwachstum induzieren. Eigenschaften KEW bieten den Vorteil, dass sie mit vielen antiinfektiven Wirkstoffen kombiniert werden können. Allerdings müssen bei der Auswahl und Dosis der Wirkstoffe neben der antimikrobiellen Wirksamkeit potenzielle Wechselwirkungen am Implantationsort berücksichtigt werden. Mikrobiologen, Apotheker und Chirurgen sollten gemeinsam entscheiden, welche Kombination ratsam und sinnvoll ist. Kombinationsprodukte Ein KEW mit Wirkstoffzusatz ist ein Kombinationsprodukt und ist gekennzeichnet durch eine Hauptwirkung (Knochenersatzfunktion) und eine Nebenfunktion (Schutz des KEW vor einer mikrobiellen Besiedelung). Beide Funktionen müssen im Rahmen der Zertifizierung als Medizinprodukt der Klasse III umfangreich (klinisch) nachgewiesen werden. Arzneimittelbehörden bewerten den Wirkstoff, dessen Funktion und die entsprechende Indikation. Derzeit sind nur einige wenige solcher Kombinationsprodukte am Markt erhältlich. Oftmals wird eine Kombination aus KEW und Wirkstoffen zumeist direkt perioperativ hergestellt, indem der Chirurg selbst dem KEW vor Implantation einen oder mehrere Wirkstoffe zumischt. Der Chirurg wird dadurch Hersteller im Sinne des Gesetzes und übernimmt sämtliche Haftungsrisiken.