DE10142464A1

DE10142464A1 - Verfahren zur antibiotischen Beschichtung von nichtmetallischen Körpern mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen sowie nichtmetallischer Körper und seine Verwendung

Info

Publication number: DE10142464A1
Application number: DE2001142464
Authority: DE
Inventors: Sebastian F Vogt; Matthias Schnabelrauch; Klaus-Dieter Kuehn
Original assignee: Heraeus Kulzer GmbH
Current assignee: Kulzer GmbH
Priority date: 2001-08-31
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2003-03-27
Also published as: ZA200206982B; UA73344C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur antibiotischen Ausrüstung nichtmetallischer Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen sowie einen solchen Körper und seine Verwendung. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass in Mikrohohlräumen von nichtmetallischen Körpern eine wässrige Lösung 1, die mindestens eine in Wasser leicht lösliche antibiotische Komponente aus den Gruppen der Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika und der 4-Chinolon-Antibiotika enthält, eingebracht wird und eine wässrige Lösung 2, die mindestens eine in Wasser lösliche amphiphile Komponente aus den Gruppen der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, Dialkylarylsulfate, Alkylarylsulfonate, Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate, der Alkylcycloalkylsulfate enthält, eingebracht werden, wobei zwischen dem Einbringen der Lösungen 1 und 2 das Wasser durch Verdampfen und/oder Verdunsten im Wesentlichen entfernt wird, und wobei aus den Komponenten der Lösungen 1 und 2 in den Mikrohohlräumen ein in Wasser gering lösliches Präzipitat gebildet wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur antibiotischen Beschichtung von nichtmetallischen Körpern mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen durch Behandlung mit einem 2-Komponenten System sowie einen solchen Körper und seine Verwendung.
Knochendefekte treten in der Human- und Veterinärmedizin relativ häufig auf und werden insbesondere durch Knochenfisteln, Trümmerfrakturen und Tumoren verursacht. Bei offenen Trümmerfrakturen werden vielfach zusätzlich Infektionen des Knochengewebes beobachtet. Die Behandlung von Knochendefekten kann durch Auffüllung mit geeigneten Implantaten erfolgen. In den letzten Jahren haben insbesondere poröse Implantate Interesse gefunden, die aufgrund ihrer chemischen Zusammensetzung und ihrer porösen Struktur eine osteokonduktive Wirkung aufweisen und ein Einwachsen des umgebenden Knochengewebes begünstigen. Problematisch ist die Behandlung von Knochendefekten immer dann, wenn zusätzlich mikrobielle Infektionen des Knochengewebes vorhanden sind. Infektionen des Knochengewebes können durch systemische oder lokale Applikation von geeigneten Antibiotika bekämpft werden. Die systemische Anwendung von Antibiotika ist aufgrund der mitunter nicht unbeträchtlichen Toxizität der Antibiotika problematisch. Die lokale Applikation direkt im oder am infizierten Gewebe bietet dagegen den Vorteil, dass hohe lokale Antibiotika-Konzentrationen erreicht werden können unter Vermeidung von schädigenden Antibiotika-Konzentrationen im übrigen Organismus. Durch diese hohen lokalen Antibiotika-Konzentrationen am Ort der bakteriellen Infektion ist eine fast vollständige Abtötung der Mikroorganismen möglich, so dass die bakteriellen Infektionen sehr wirksam behandelt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn am Ort der bakteriellen Infektionen eine wirksame Antibiotikum-Konzentration über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen aufrechterhalten wird, damit das Antibiotikum möglichst tief in das infizierte Gewebe eindringen kann und dadurch auch schwer zugängliche Keime vernichtet werden. Weichteildefekte mit bakteriellen Infektionen sind in der Human- und Veterinärmedizin ebenfalls häufig zu finden. Zur Behandlung dieser Infektionen ist daher auch die lokale Antibiotika-Behandlung von Interesse.
Bisher fanden schwerlösliche Salze der Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika und der Lincosamid-Antibiotika relativ geringe Beachtung für die Herstellung von Depotpräparaten und von antibiotisch wirksamen Implantaten. Die Synthese von schwerlöslichen Salzen bzw. Chelaten der Antibiotika des Tetracyclintyps sind seit Jahrzehnten allgemeiner Kenntnisstand. So beschreibt Folch Vazquez die Herstellung von Tetracyclindodecylsulfat durch Umsetzung von Tetracyclinhydrochlorid mit Natriumdodecylsulfat in Wasser (C. Folch-Vazquez: Tetracycline lauryl sulfate. 08.02.1966, ES 3309402; C. Folch Vazquez: Tetracycline derivatives. 09.01.1967, NL 6609490).
Bei den Aminoglykosid-Antibiotika sind ebenfalls eine Reihe von geringlöslichen Salzen prinzipiell bekannt. So wurde beim Gentamicin die Darstellung geringlöslicher Salze basierend auf höheren Fettsäuren, Arylalkylcarbonsäuren, Alkylsulfaten und Alkylsulfonaten beschrieben (G. M. Luedemann, M. J. Weinstein: Gentamycin and method of production. 16.07.1962, US 3,091,572). Exemplarisch sind dafür Gentamicin-Salze der Laurinsäure, der Stearinsäure, der Palmitinsäure, der Ölsäure, der Phenylbuttersäure, der Naphthalen-1-carbonsäure. Die Synthese der Dodecylsulfate des Gentamicins in wässriger bzw. wässrig-methanolischer Lösung sind von Jurado Soler et al. beschrieben worden (A. Jurado Soler, J. A. Ortiz Hernandez, C. Ciuro Bertran: Neue Gentamicinderivate, Verfahren zur Herstellung derselben und diese enthaltende antibiotisch wirksame Zusammensetzung. 30.09.1974, DE 24 46 640). Diese Salze erwiesen sich jedoch vielfach als unvorteilhaft, weil sie wachsartige, hydrophobe Substanzen darstellen, die eine galenische Verwendung behindern. Weiterhin wurden Fettsäuresalze und aliphatische Sulfate von Gentamicin und von Etamycin aus der freien Base bzw. aus ihren Salzen in Wasser bei 50-80°C synthetisiert (H. Voege, P. Stadler, H. J. Zeiler, S. Samaan, K. G. Metzger: Schwerlösliche Salze von Aminoglykosiden sowie diese enthaltende Formulierungen mit verzögerter Wirkstoff-Freigabe. 28.12.1982, DE 32 48 328). Diese Antibiotika-Fettsäuresalze sollen als Injektionspräparate geeignet sein. Eine neuere Entwicklung stellen schwerlösliche Aminoglykosid-Flavonoid-Phosphate dar (H. Wahlig, E. Dingeldein, R. Kirchlechner, D. Orth, W. Rogalski: Flavonoid phosphate salts of aminoglycoside antibiotics. 13.10.1986, US 4,617,293). Es werden die Salze der Phosphorsäuremonoester von Derivaten der Hydroxyflavane, Hydroxyflavene, Hydroxyflavanone, Hydroxyflavone und Hydroxyflavylium beschrieben. Besonders bevorzugt sind dabei die Derivate der Flavanone und der Flavone. Diese schwerlöslichen Salze sollen als Depotpräparate Verwendung finden. So werden zum Beispiel diese Salze in Kollagenyliese eingebracht (H. Wahlig, E. Dingeldein, D. Braun: Medicinally useful, shaped mass of collagen resorbable in the body. 22.09.1981, US 4,291,013). Weiterhin wurden auch künstliche Herzklappen mit diesen schwerlöslichen Gentamicin-Salzen, Gentamicin Crobefat, imprägniert (M. Cimbollek, B. Nies, R. Wenz, J. Kreuter: Antibiotic-impregnated heart valve sewing rings for treatment and prophylaxis of bacterial endocarditis. Antimicrob. Agents Chemother. 40(6) (1996) 1432-1437).
Die Erzeugung von einfachen Antibiotikum-/Antibiotka-Depots in den Porensystemen von porösen Körpern durch Tränken von porösen Körpern mit wässigen Antibiotika-Lösungen ist allgemeiner Kenntnisstand (R. Reiner, W. Kißing, H. Döring, K. Köster, H. Heide: Implantierbares Pharmaka-Depot. 20.02.1978, DE 28 07 132). Hierbei kann eine retardierende Wirkstofffreisetzung des in Wasser löslichen Wirkstoffs durch Adsorptions- und oder durch Diffusionsprozesse erreicht werden, die vom verwendeten Material, dem Porenvolumen und der Porosität abhängt.
Daneben ist es auch möglich, in Wasser gering lösliche Antibiotika-Salze in geeigneten organischen Lösungsmitteln zu lösen und mit diesen Lösungen die Formkörper zu tränken. Dadurch entstehen Wirkstoffdepots in den Formkörpern, die eine retardierende Wirkstofffreisetzung zeigen. Ein Beispiel dafür ist die von Cimbollek und Nies beschriebene Methode zur Lösung eines in Wasser gering löslichen Gentarnicin-Salzes und deren Verwendung zur Beschichtung (M. Cimbollek, B. Nies: Solvent for a sparinly soluble gentamicin salt. 04.05.1994, US 5,679,646). Diese Gentamicinsalz auf Basis von 3-p-Methoxybezylidene-6-hydroxy-4'-methoxyflavanone-6- phosphat muss jedoch vor der Beschichtung synthetisiert werden. Von Kurtz wird eine sehr interessante Variante beschrieben, bei der in Wasser gering lösliche Antibiotika-Salze in situ auf einer saugfähigen Unterlage wie Verbandmaterial durch aufeinanderfolgende Tränkung mit einer Lösung eines basischen Gentamicin-Salzes bzw. eines Polymycin-Salzes und eines sauren Penicillin- bzw. Cephalosporinsalzes unter Ausfällung gebildet werden (L. D. Kurtz: Wasserunlösliche biocide Antibiotikasalze. 13.11.1973, DE 23 01 633). Die Penicillin- bzw. Cephalosporinreste bilden die anionische Komponente der Salze und die kationischen Aminoglukosid- Reste die kationische Komponente.
Dieses interessante Konzept wurde später nicht wieder aufgegriffen und auch nicht auf seine Eignung für andere in Wasser gering lösliche Salze der Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika und der 4-Chinolon-Antibiotika geprüft. Bisher sind keine ähnlichen Imprägnierungsverfahren zur Erzeugung von Antibiotika-Depots in porösen Körpern unter Nutzung von anionischen Resten aus den Gruppen der organischen Sulfate und Sulfonate bekannt.
Die Schichtbildungseigenschaften von in Wasser gering löslichen Antibiotika-Salzen auf Basis von organischen Sulfaten und Sulfonaten fand ebenfalls bisher keine Beachtung.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass bisher keine Verfahren bekannt sind, bei denen antibiotische Beschichtungen auf der Oberfläche von interkonnektierenden Porensystemen aufgebracht werden, die aus in Wasser gering löslichen Salzen der Aminoglukosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika und der 4-Chinolon-Antibiotika bestehen und die direkt in den Mikrohohlräumen ausgehend von in Wasser löslichen Antibiotika-Salzen und in Wasser löslichen organischen Sulfaten oder Sulfonaten synthetisiert werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein unkompliziertes, kostengünstiges Verfahren zur antibiotischen Beschichtung nichtmetallischen Körpern mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen zu entwickeln. Diese antibiotisch ausgerüsteten interkonnektierendporösen Körper sollen als Implantate in der Human- und Veterinärmedizin zur Behandlung von Knochendefekten und gegebenenfalls zur Behandlung von Weichteildefekten Verwendung finden. Dabei wird eine kontinuierliche Antibiotika-Freisetzung aus der auf der inneren Oberfläche der interkonnektierenden Mikrohohlräume befindlichen antibiotischen Beschichtung über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis zu mehreren Wochen angestrebt, damit eine mikrobielle Infektion im Bereich des zu behandelnden Knochendefekts und oder Weichteildefektes wirksam verhindert oder bekämpft werden kann.
Eine Aufgabe ist es, in einfacher Weise, unter Vermeidung von toxischen Lösungsmitteln und unter Verzicht auf polymere Bindemittel antibiotische Beschichtungen zu erzeugen, die eine Antibiotika-Freisetzung über einen Zeitraum von mehreren Tagen ermöglichen. Weiterhin wird angestrebt, ein für mehrere Antibiotika-Typen geeignetes Verfahren bereitzustellen. Es ist dabei von Vorteil, wenn die antibiotische Beschichtung auf der inneren Oberfläche von nichtmetallischen Körpern mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen gut haftet und keine Gefahr besteht, dass die innterkonnektierenden Mikrohohlräume verstopft werden.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Der Erfindung liegt der überraschende Befund zugrunde, dass gut haftende, antibiotische Beschichtungen mit retardierender Wirkstofffreisetzung in den interkonnektierenden Mikrohohlräumen von nichtmetallischen Körpern gebildet werden, wenn zuerst eine wässrige Lösung 1, die mindestens eine in Wasser leicht lösliche antibiotische Komponente aus den Gruppen der Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika, der 4- Chinolon-Antibiotika und der Chlorhexidine enthält, und anschließend nach Verdampfung und/oder Verdunstung des Wassers eine wässrige Lösung 2, die mindestens eine in Wasser lösliche amphiphile Komponente aus den Gruppen der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, Dialkylarylsulfate, Alkylarylsulfonate, Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate, der Alkylcycloalkylsulfate enthält, in geeigneter Weise, z. B. durch Tauchen, Sprühen oder Tropfen eingebracht werden.
Es werden auch antibiotische Beschichtungen gebildet, wenn in die Mikrohohlräume erst die wässrige Lösung 2 und anschließend nach Entfernung des Wassers die wässrige Lösung 1 durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen eingebracht wird.
Interkonnektierende Mikrohohlräume bedeuten in diesem Zusammenhang, dass Poren und auch unregelmäßig geformte Hohlräume durch Kanäle miteinander verbunden sind und nicht nach Art eines geschlossen-zelligen Schaumstoffs separat vorliegen. Bevorzugtes Material sind anorganische Materialien wie poröses Glas oder poröse Keramik.
Erfindungsgemäß ist, dass in den interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen von nichtmetallischen Festkörpern ein in Wasser gering lösliches Präzipitat einer oder mehrerer antibiotischer Substanzen aus den Gruppen der Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika, 4-Chinolon-Antibiotika und der Chlorhexidine durch einen reziproken Salzaustausch zwischen mindestens einem in Wasser löslichen Salz aus der Gruppe Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika, der 4-Chinolon- Antibiotika und der Chlorhexidine und mindestens einem in Wasser löslichen Salz aus der Gruppe der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, Dialkylarylsulfate, Alkylarylsulfonate, Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate, der Alkylcycloalkylsulfate synthetisiert wird und antibiotische Beschichtungen bilden. Die in den Mikrohohlräumen entstandenen antibiotischen Beschichtungen zeigen im wässrigen Milieu eine verzögerte Wirkstofffreisetzung über einen Zeitraum von mehreren Tagen bis Wochen. Insbesondere die Antibiotika-Präzipitate der Alkylsulfate und Alkylsulfonate fallen aus der wässrigen Lösung bei ihrer Synthese flockig als wachsartige, nichtkristalline Substanzen aus, die bei der Trocknung einen gewissen Verlauf zeigen und sich als Schicht auf Oberflächen auflagern. Sie haften überraschenderweise gut auf Glas-, Keramik- und Kunststoffoberflächen.
Im Sinne der Erfindung ist auch die Verwendung der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, Dialkylarylsulfate, Alkylarylsulfonate, Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate und der Alkylcycloalkylsulfate in der Säureform anstelle der Salzform.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass die in Wasser gering löslichen antibiotischen Präzipitate erst unter in situ Bedingungen in den interkonnektierenden Mikrohohlräumen entstehen und nicht vorher separat synthetisiert werden müssen. Mit dem Verfahren ist eine sehr kostengünstige, einfache antibiotische Beschichtung der inneren Oberfläche von porösen Körpern unterschiedlichster stofflicher Zusammensetzung realisierbar. Die in Wasser gering löslichen Präzipitate haften auf der Porenoberfläche und sind in den Mikrohohlräumen mechanisch geschützt. Dadurch kann auf zusätzliche polymere Bindemittel zur mechanischen Stabilisierung der Beschichtung verzichtet werden. Nach Auflösung der in Wasser gering löslichen Präzipitate verbleiben somit keine unerwünschten Hilfsstoffe in den Mikrohohlräumen. Das Verfahren ist insbesondere auch zur Erzeugung von antibiotischen Beschichtungen in mikroporösen Porensystemen geeignet.
Bevorzugt sind erfindungsgemäß in der wässrigen Lösung 1 als antibiotische Komponente Allomycin, Amicetin, Amikacin, Apramycin, Bekanamycin, Betamicin, Butirosin, Destomycin, Dibekacin, Dihydrostreptomycin, Flambamycin, Fortimycin A, Fortimycin B, Framycetin, Gentamicin, Hikizimycin, Homomycin, Hybrimycin, Hygromycin B, Kanamycin, Kasuhamycin, Lividomycin, Minosaminoycin, Neomycin, Netilmicin, Paromomycin, Parvulomycin, Puromycin A, Ribostamycin, Rimocidin, Ristosamin, Ristomycin, Sagamycin, Sisomicin, Sorbistin, Spectinomycin, Streptomycin, Tobramycin, Tunicamycin, Verdamycin aus der Gruppe der Aminoglykosid-Antibiotika.
Clindamycin und Lincomycin sind aus der Gruppe der Lincosamid-Antibiotika als antibiotische Komponente in der wässrigen Lösung 1 bevorzugt.
Tetracyclin, Chlortetracyclin, Oxytetracylin, Demethylchlortetracyclin, Methacyclin, Doxycyclin, Rolitetracyclin und Minocyclin sind aus der Gruppe der Tetracyclin-Antibiotika als antibiotische Komponente in der wässrigen Lösung 1 bevorzugt.
Ciprofloxacin und Enfloxacin ist aus der Gruppe der 4-Chinolon-Antibiotika als antibiotische Komponente in der wässrigen Lösung 1 bevorzugt.
Aus der Gruppe der Chlorhexidine sind Chlorhexidin-di-chlorid, Chlorhexidin-di-acetat und Chlorhexidin-di-gluconat als antibiotische Komponente in der wässrigen Lösung 1 bevorzugt.
In der wässrigen Lösung 1 sind bevorzugt 0,1 bis 60 Masseprozent einer in Wasser leicht löslichen antibiotischen Komponente aus den Gruppen der Aminoglukosid-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der 4-Chinolon-Antibiotika und der Chlorhexidine enthalten.
In der wässrigen Lösung 2 sind bevorzugt 0,1 bis 60 Masseprozent einer in Wasser löslichen amphiphilen Komponente aus den Gruppen der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, Dialkylarylsulfate, Alkylarylsulfonate, Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate, der Alkylcycloalkylsulfate enthalten.
Das Verhältnis der Stoffmenge der in Wasser leicht löslichen antibiotischen Komponente der wässrigen Lösung 1 zur Stoffmenge der in Wasser löslichen amphiphilen Komponente der wässrigen Lösung 2 beträgt zweckmäßig 1 : 1 bis 6 : 1.
In der wässrigen Lösung 1 liegt die antibiotische Komponente vorteilhaft in der protonierten Salzform vor, wobei Chlorid-Ionen, Bromid-Ionen, Hydrogensulfat-Ionen, Sulfat-Ionen, Dihydrogenphosphat-Ionen, Hydrogenphosphat-Ionen, Phosphat-Ionen, Acetat-Ionen, Succinat-Ionen und Lactat-Ionen als Gegenionen bevorzugt sind.
Für das Einbringen der wässrigen Lösungen 1 und 2 in die Mikrohohlräume wird mit Vorteil die Kapillarwirkung genutzt, d. h. es kann beispielsweise durch vollständiges oder teilweises Eintauchen, durch Sprühen, Tropfen oder Träufeln erfolgen.
Zweckmäßig erfolgt im Fall des Gentamicins zunächst Einbringung einer wässrigen Lösung von beispielsweise Gentamicinsulfat in die Mikrohohlräume durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen, darauffolgend eine Trocknung zur Entfernung des Wassers aus den Poren, gefolgt von einer Einbringung einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfat und/oder einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfonat durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen.
Im Fall des Ciprofloxacins erfolgt zunächst eine Einbringung einer wässrigen Lösung von Ciprofloxacinhydrochlorid in die Poren durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen, eine darauffolgende Trocknung zur Entfernung des Wassers aus den Poren und eine nachfolgenden Einbringung einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylbenzylsulfonat durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen.
Im Fall der Tetracycline geht man beispielsweise zweckmäßig so vor, dass eine Einbringung einer wässrigen Lösung von Tetracyclinhydrochlorid und/oder Chlortetracyclinhydrochlorid und/oder Minocyclinhydrochlorid und/oder Doxycyclinhydrochlorid in die Poren durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen, eine darauffolgende Trocknung zur Entfernung des Wassers aus den Poren und eine nachfolgenden Einbringung einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfat und/oder einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfonat durch Tauchen oder Sprühen erfolgt.
Man geht zweckmäßig so vor, dass nach dem Einbringen der ersten Lösung das Wasser im wesentlichen vollständig entfernt wird. Das kann beispielsweise durch Trocknung im Gasstrom oder durch Anwendung von Unterdruck oder auch thermisch geschehen. Auch Gefriertrocknung ist möglich und kann bei empfindlichen antibiotischen Wirkstoffen angezeigt sein. Durch die Art der Trocknung (Temperatur und Druckführung) kann auch die Beschaffenheit der antibiotischen Beschichtung beeinflusst werden. Die Art der Trocknung kann faserhaltigen Körpern mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen wie Vliesen, Filzen oder Gewirken angepasst werden.
Das Wasser kann nach Einbringung der ersten wässrigen in die Poren bei Normaldruck oder im Vakuum bei Temperaturen von -20°C bis 120°C teilweise oder vollständig entfernt werden.
Nach der Bildung der in Wasser gering löslichen Präzipitate können die Formkörper bei Normaldruck oder im Vakuum bei Temperaturen von -20°C bis 120°C getrocknet werden. Unter Vakuum wird hier der herkömmliche Unterdruck verstanden, der zur Entfernung des Wassers üblicherweise angewandt wird.
Als besonders vorteilhaft haben sich Natriumdodecylsulfat, Natriumdodecylsulfonat, Natriumtetradecylsulfat, Natriumtetradodecylsulfonat, Natriumhexadecylsulfat, Natriumhexadecylsulfonat, Natriumoctadecylsulfat, Natriumoctadecylsulfonat und Natriumdodecylbenzylsulfonat als in Wasser lösliche amphiphile Komponenten der wässrigen Lösung 2 erwiesen.
Die nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen können aus anorganischen oder organischen bzw. polymeren organischen Materialien aufgebaut sein, oder anorganisch-organische Composite-Materialien darstellen.
Im ersten Fall bestehen sie bevorzugt aus Hydroxylapatit, Tricalciumphosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, resorbierbarem Glas, resorbierbarer Glaskeramik oder aus Mischungen dieser Materialien.
Im zweiten Fall sind sie z. B. aus Polymeren aufgebaut, etwa auf Basis von L-Milchsäure und/oder D-Milchsäure und/oder Glykolsäure und/oder 2-Hydroxyethyl-oxyessigsäure. Solche Polymer-Systeme sind beispielsweise unter dem Handelsnamen Resomer® bei der Fa. Boehringer Ingelheim erhältlich.
Erfindungsgemäß ist es ferner möglich, dass die nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen die Form von Vliesen, Filzen, Geweben und Gewirken haben.
Außerdem ist es erfindungsgemäß möglich, dass antibiotische Beschichtungen die Volumina der interkonnektierenden Mikrohohlräume von nichtmetallischen Festkörpern nicht vollständig ausfüllen.
Es kann vorteilhaft sein, zur Erhöhung der Löslichkeit organische, mit Wasser mischbare Lösungsmittel wie Methanol, Ethanol, Isopropanol, N,N-Dimethylformamid und/oder Dimethylsulfoxid als Kosolvens zu der wässrigen Lösung 1 oder 2 zuzusetzen.
Im Sinne der Erfindung ist, dass die antibiotisch-beschichteten, interkonnektierendporösen, nichtmetallischen Körper als Implantate verwendet werden.
Auch im Sinne der Erfindung ist, dass die Lösung 2 in die nichtmetallischen Körper mit interkonnekierendenen Mikrohohlraumsystemen eingebracht wird und nach der Entfernung des Wassers, die so behandelten nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen als Implantatmaterial verwendet werden, in die erst unmittelbar vor der Implantation die Lösung 2 eingebracht wird. Dadurch ist es möglich, nach einem zuvor durchgeführten Antibiogramm, eine antibiotische Beschichtung mit einem für die jeweiligen Mikroorganismen am geeignetsten Antibiotika vorzunehmen.
Ebenfalls im Sinne der Erfindung ist, dass die Lösung 2, die eine amphiphile Komponente aus den Gruppen der Trialkylammoniumsalze, der Dialkylammoniumsalze, der Dialkylaarylammoniumsalze, der Alkylarylammoniumsalze, der Diarylammoniumsalze und der Triarylammoniumsalze enthält, in die nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen eingebracht wird und nach Entfernung des Wassers die so behandelten nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen als Implantatmaterial verwendet werden, in die erst unmittelbar vor der Implantation eine wässrige Lösung eines sauren Antibiotikums, das Carboxyl- und oder Sulfat-Gruppen enthält, eingebracht wird.
Die nachstehenden Beispiele 1 bis 8 dienen der Erläuterung der Erfindung, ohne sie zu beschränken.

Beispiele

Als nichtmetallische Körper mit interkonnektierenden Porensystemen wurden quaderförmige, resorbierbare Phosphatgläser mit den Abmessungen von 20 × 20 × 10 mm für die Beispiele 1 bis 8 verwendet. Sie hatten eine Gesamt-Porosität von 65 Volumenprozent.

Allgemeine Vorgehensweise bei der Präparation der Beispiele 1 bis 5

Es wurden 50 bis 100 mg Gentamicinsulfat in 1 g bidest. Wasser gelöst (Lösung 1). Separat wurden 50 bis 150 mg Natriumdodecylsulfat in 1 g Wasser in Lösung gebracht (Lösung 2). In die Poren der quaderförmigen Phosphatgläser wurden zuerst die zuvor hergestellten wässrigen Gentamicinsulfat-Lösungen getropft. Die Probekörper saugten die Gentamicinsulfat-Lösungen auf. Danach wurde das in den Poren befindliche Wasser durch Trocknen über wasserfreiem Calciumchlorid entfernt. Dann wurden die vorbereiteten wässrigen Natriumdodecylsulfat- Lösungen in die Poren der getrockneten Phosphatgläser getropft. Die Trocknung der Probekörper erfolgte ebenfalls über wasserfreiem Calciumchlorid bis zur Massekonstanz. Tabelle 1 Zusammensetzungen der Lösung 1 und der Lösung 2 sowie Auswaagen der unbeschichteten und beschichteten Probekörper der Beispiele 1 bis 5

Antibiotika-Freisetzung der Probekörper der Beispiele 1 bis 5

Die in den Beispielen 1 bis 5 hergestellten Formkörper wurden in jeweils 20 ml physiologische Kochsalzlösung eingebracht und in dieser bei 37°C über einen Zeitraum von 28 Tagen gelagert. Die Probennahme erfolgte nach 1, 2, 3, 6, 9, 12, 15, 21 und 28 Tagen Lagerungszeit. Nach jeder Probennahme wurde das Freisetzungsmedium vollständig durch frisches Medium, ersetzt. Die Antibiotika-Wertbestimmung wurde mit einem Agardiffusionstest unter Verwendung von Bacillus subtilis ATCC 6633 als Testkeim durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tab. 2 dargestellt und zeigen deutlich, dass die beschichteten Probekörper kontinuierlich über einen Zeitraum von 28 Tagen Gentamicin freisetzen. Nach 28 Tagen wurde die Untersuchung abgebrochen. Die beschichteten Formkörper stellen somit Gentamicin-Depotformen dar, die entsprechend der Aufgabe der Erfindung, über einen Zeitraum von vier Wochen, Gentamicin in das umgebende wässrige Milieu abgeben. Tabelle 2 Ergebnisse der mikrobiellen Bestimmung der Gentamicin-Freisetzung der beschichteten Probekörper der Beispiele 1 bis 5 in Abhängigkeit von der Lagerungszeit der Probekörper in physiologischer Kochsalzlösung bei 37°C

Allgemeine Vorgehensweise bei der Präparation der Beispiele 6 bis 8

Die Vorgehensweise ist analog der bei den Beispielen 1 bis 5 angewendeten Präparation. Nur wurden hierbei jeweils die Lösungen 2 auf 80 bis 90°C vor dem Auftropfen auf die Probekörper erwärmt. Die Untersuchung der Gentamicin-Freisetzung wurde in gleicher Weise wie bei den Beispielen 1 bis 5 vorgenommen. Tabelle 3 Zusammensetzungen der Lösung 1 und der Lösung 2 sowie Auswaagen der unbeschichteten und beschichteten Probekörper der Beispiele 6 bis 8

Antibiotika-Freisetzung der Probekörper der Beispiele 6 bis 8

Die Antibiotika-Freisetzung wurde in gleicher Weise wie bei den Beispielen 1 bis 5 durchgeführt und die Gentamicin-Wertbestimmung erfolgte in analoger Weise mikrobiell mit dem bacillus subtilis ATCC 6633 als Testkeim. Die Ergebnisse der Freisetzungsuntersuchung sind in Tab. 4 dargestellt. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die mit wässriger Gentamicinsulfat- Lösung und mit wässriger Natriumdodecylsulfonat-Lösung beschichteten Probekörper ebenfalls eine verzögerte Gentamicin-Freisetzung über einen Zeitraum von 28 Tagen zeigten. Nach 28 Tagen wurden die Freisetzungsversuche abgebrochen. Ein Vergleich der Masse des zur antibiotischen Beschichtung eingesetzten Gentamicinsulfats mit der Masse des freigesetzten Gentamicins zeigt, dass sich ein nicht unbeträchlicher Anteil des Gentamicins nach 28 Tagen noch in der Beschichtung befindet. Das Beispiel Nr. 8 zeigt deutlich, dass durch einen erhöhten Anteil an Dodecylsulfonat in der Beschichtung, die Gentamicin Freisetzung innerhalb des ersten Tages deutlich gesenkt werden kann. Tabelle 4 Ergebnisse der mikrobiellen Bestimmung der Gentamicin-Freisetzung der Probekörper der Beispiele 6 bis 8 in Abhängigkeit von der Lagerungszeit der Probekörper in physiologischer Kochsalzlösung bei 37°C

Claims

1. Verfahren zur antibiotischen Beschichtung von nichtmetallischen Körpern mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mikrohohlräume eine wässrige Lösung 1, die mindestens eine in Wasser leicht lösliche antibiotische Komponente aus den Gruppen der Aminoglykosid-Antibiotika, der Tetracyclin-Antibiotika, der Lincosamid- Antibiotika, der 4-Chinolon-Antibiotika und der Chlorhexidine enthält, und eine wässrige Lösung 2, die mindestens eine in Wasser lösliche amphiphile Komponente aus den Gruppen der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, Dialkylarylsulfate, Alkylarylsulfonate, Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate, der Alkylcycloalkylsulfate enthält, eingebracht werden, wobei zwischen dem Einbringen der Lösungen 1 und 2 das Wasser im wesentlichen entfernt wird, und wobei aus den Komponenten der Lösungen 1 und 2 in den Mikrohohlräumen eine Beschichtung gebildet wird, die aus einem in Wasser gering löslichen Präzipitat besteht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mikrohohlräume erst die wässrige Lösung 1 und anschließend nach Entfernung des Wassers die wässrige Lösung 2 eingebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Mikrohohlräume erst die wässrige Lösung 2 und anschließend nach Entfernung des Wassers die wässrige Lösung 1 eingebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Lösung 1 mindestens eine antibiotische Substanz aus der Gruppe: Allomycin, Amicetin, Amikacin, Apramycin, Bekanamycin, Betamicin, Butirosin, Destomycin, Dibekacin, Dihydrostreptomycin, Flambamycin, Fortimycin A, Fortimycin B, Framycetin, Gentamicin, Hikizimycin, Homomycin, Hybrimycin, Hygromycin B, Kanamycin, Kasuhamycin, Lividomycin, Minosaminoycin, Neomycin, Netilmicin, Paromomycin, Parvulomycin, Puromycin A, Ribostamycin, Rimocidin, Ristosamin, Ristomycin, Sagamycin, Sisomicin, Sorbistin, Spectinomycin, Streptomycin, Tobramycin, Tunicamycin, Verdamycin, Clindamycin und Lincomycin, Tetracyclin, Chlortetracyclin, Oxytetracylin, Dimethylchlortetracyclin, Methacyclin, Doxycyclin, Rolitetracyclin, Minocyclin, Ciprofloxacin, Enfloxacin, Chlorhexidin-di-hydrochlorid, Chlorhexidin-diacetat und Chlorhexidin-di-gluconat eingesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Wasser leicht lösliche antibiotische Komponente zu 0,1 bis 60 Masseprozent in der wässrigen Lösung 1 enthalten ist.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Wasser lösliche amphiphile Komponente in der wässrigen Lösung 2 zu 0,1 bis 60 Masseprozent enthalten ist.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis der Stoffmenge der in Wasser leicht löslichen antibiotischen Komponente der wässrigen Lösung 1 zur Stoffmenge der in Wasser löslichen amphiphilen Komponente der wässrigen Lösung 2 von 1 : 1 bis 6 : 1 beträgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die antibiotische Komponente in der wässrigen Lösung 1 in der protonierten Salzform vorliegt.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass Chlorid-Ionen, Bromid-Ionen, Hydrogensulfat-Ionen, Sulfat-Ionen, Dihydrogenphosphat-Ionen, Hydrogenphosphat-Ionen, Phosphat-Ionen, Acetat-Ionen, Succinat-Ionen und Lactat-Ionen als Gegenionen eingesetzt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösungen 1 und/oder 2 durch Tauchen, Sprühen oder Tropfen in die Mikrohohlräume eingebracht werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einbringung einer wässrigen Lösung von Gentamicinsulfat in die Porensysteme durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen, eine darauffolgende Trocknung zur Entfernung des Wassers aus den Mikrohohlräumen und eine nachfolgenden Einbringung einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfat und/oder einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfonat durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen erfolgt, oder dass eine Einbringung einer wässrigen Lösung von Ciprofloxacinhydrochlorid in die Mikrohohlräume durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen, eine darauffolgenden Trocknung zur Entfernung des Wassers aus den Mikrohohlräumen und eine nachfolgende Einbringung einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylbenzylsulfonat durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen erfolgt, oder dass eine Einbringung einer wässrigen Lösung von Tetracyclinhydrochlorid und oder Chlortetracyclinhydrochlorid und oder Minocyclinhydrochlorid und oder Doxycyclinhydrochlorid in die Mikrohohlräume durch Tauchen oder Sprühen oder Tropfen, eine darauffolgenden Trocknung zur Entfernung des Wassers aus den Mikrohohlräumen und eine nachfolgenden Einbringung einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfat und/oder einer wässrigen Lösung von Natriumdodecylsulfonat durch Tauchen oder Sprühen erfolgt.

12. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach Einbringung der ersten wässrigen Lösung in die Mikrohohlräume das Wasser durch Trocknung bei Normaldruck oder im Vakuum bei Temperaturen von -20°C bis 120°C teilweise oder vollständig entfernt wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Bildung des in Wasser gering löslichen Präzipitats die Formkörper bei Normaldruck oder im Vakuum bei Temperaturen von -20°C bis 120°C getrocknet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Stoff aus der Gruppe: Natriumdodecylsulfat, Natriumdodecylsulfonat, Natriumtetradecylsulfat, Natriumtetradodecylsulfonat, Natriumhexadecylsulfat, Natriumhexadecylsulfaonat, Natriumoctadecylsulfat, Natriumoctadecylsulfonat und Natriumdodecylbenzylsulfonat als in Wasser lösliche amphiphile Komponenten der wässrigen Lösung 2 eingesetzt wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlräume Poren sind.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen aus Hydroxylapatit, Tricalciumphosphat, Calciumcarbonat, Calciumsulfat, resorbierbarem Glas und resorbierbarer Glaskeramik bestehen.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen aus Polymeren bestehen, die auf L-Milchsäure und oder D-Milchsäure und oder Glykolsäure und oder 2-Hydroxyethyl- oxyessigsäure basieren.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die interkonnektierendporösen, nichtmetallischen Körper in Form von Schwämmen, Schaumstoffkörpern, Vliesen, Filzen, Geweben oder Gewirken vorliegen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die erfindungsgemäße antibiotische Beschichtung die Volumina der interkonnektierenden Mikrohohlräume nicht vollständig ausfüllt.

20. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass Methanol, Ethanol, Isopropanol, N,N-Dimethylformamid und/oder Dimethylsulfoxid als Kosolvens zu der wässrigen Lösung 1 und/oder zu der wässrigen Lösung 2 zugesetzt werden.

21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die antibiotisch-beschichteten, nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen, als Implantate verwendet werden.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung 2 in die nichtmetallischen Körper mit interkonnekierendenen Mikrohohlraumsystemen eingebracht wird und nach der Entfernung des Wassers die so behandelten nichtmetallischen Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlraumsystemen als Implantatmaterial verwendet werden, in die erst unmittelbar vor der Implantation die Lösung 2 eingebracht wird.

23. Nichtmetallischer Körper mit interkonnektierenden Mikrohohlräumen, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Oberfläche der Mikrohohlräume eine Schicht mindestens aus einem Salz oder einem Komplex gebildet ist, wobei die Schicht mindestens eine kationischen Komponente, die aus einem oder mehreren Vertretern der Aminoglykosid-Antibiotika, der Lincosamid-Antibiotika, der 4-Chinolon-Antibiotika und der Chlorhexidine gebildet ist, und mindestens eine anionischen Komponente, die aus einem oder mehreren Vertretern aus den Gruppen der Alkylsulfate, der Alkylsulfonate, der Alkylarylsulfate, der Dialkylsulfate, der Alkyarylsulfonate, der Dialkylarylsulfonate, der Cycloalkylsulfate, der Cycloalkylsulfonate, der Alkylcycloalkylsulfate gebildet ist, enthält.

24. Nichtmetallischer Körper nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikrohohlräume als Poren ausgebildet sind.

25. Verwendung eines Körpers nach einem der Ansprüche 23 oder 24 als Implantat.