DK149301B - Fremgangsmaade til forbedring af frigoerelsen af antibiotikaholdige kirurgiske formstofpartikler - Google Patents

Description

149301

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til forbedring af frigørelsen af antibiotika fra antibiotikaholdige kirurgiske formstof-partikler på basis af polymethacrylater og/eller polyacrylater.

Det er kendt, at antibiotika, især gentamycin, kan frigøres protra-5 heret fra formstoffer på basis af polymethacrylater og/eller polyacrylater. Efter et stejlt initialt koncentrationfald som udtryk for frigørelse fra de yderste lag af formstoffet følger en næsten konstant, over lange tidsrum langsomt aftagende frigørelse. Disse antibiotikaholdige formstoffer er hidtil blevet anvendt som knoglecement til 10 fastgørelse af endoproteser, fx hoftetotalendoproteser, eller ved udskiftning af inficerede endoproteser. Til infektionsbekæmpelse og -profylakse tilsættes de anvendte antibiotika her før formstoffets udpolymerisation. Det er endvidere kendt, at formstofpartikler i form af et granulat eller små kugler med en partikeldiameter på 1-20 mm 15 som bærestof for antibiotika er særlig velegnede hertil.

Fra tysk offentliggørelsesskrift nr. 25 11 122 er det endvidere kendt, at et antibiotikum kan frigøres fra knogiecementet i højere koncentration, når knogiecementet yderligere indeholder natriumchlorid, kalium-chlorid, natriumbromid og/eller kaliumbromid.

20 Anvendelsen af disse tilsætningsstoffer er imidlertid problematisk, da de har en cellebeskadigende virkning og derfor ikke skal anvendes i kirurgien.

Det har endvidere vist sig, at frigørelsen af antibiotika fra formstofpartikler ikke sker optimalt og kan variere fra charge til charge.

25 Desuden kommer man ved nogle kendte fremstillingsmetoder for sådanne formstofpartikler undertiden op på temperaturer, ved hvilke dele af antibiotikumet sønderdeles, så at denne del ikke længere står til rådighed.

Fremgangsmåden ifølge opfindelsen er ejendommelig ved, at der til 30 formstoffet sættes mindst én aminosyre. Herved tilvejebringes et antibiotikaholdigt middel af formstofpartikler, fra hvilket antibiotikumet kan frigøres optimalt, uden at der behøver befrygtes vævsbeskadigelser forårsaget af tilsætningsstoffer.

2 149301 Når formstofpartiklerne anvendes til fremstilling af knoglecementer, især til endoproteser, samt implanterbare formlegemer, går man med fordel ud fra et perlepolymerisat af formstofpartikler med partikeldiametre på < 30 μ. Dette perlepolymerisat kan også anvendes til frem-5 stilling af formstofpartikler med en partikeldiameter på 1-20 mm, hvorhos de enkelte partikler i det mindste delvis kan være forbundne med hinanden ved hjælp af tråde.

Det har ifølge opfindelsen overraskende vist sig, at frigørelsen af antibiotikaene fra de antibiotikaholdige formstofpartikler forbedres 10 væsentligt i nærværelse af aminosyrer, dvs. at der uafhængigt af den i det enkelte tilfælde fremstillede charge opnås en konstant, langsomt aftagende afgivelse af antibiotikaene over et længere tidsrum. Allerede en ringe koncentration af disse fysiologisk harmløse tilsætningsstoffer har denne effekt, hvorhos en cellebeskadigende virkning i modsætning 15 til de til formålet kendte tilsætningsstoffer er udelukket. Desuden har det overraskende vist sig, at stabiliteten af knoglecementet praktisk taget ikke forringes af aminosyretilsætningen. Når formstofpartiklerne fremstilles med partikeldiametre på 1-20 mm, fx ved en sprøjtestøbe-fremgangsmåde, kan de hertil nødvendige forarbejdningstemperaturer 20 sænkes væsentligt, hvilket muliggør en med hensyn til antibiotikumet ønsket, skånende forarbejdning.

Som aminosyre til anvendelse ved fremgangsmåden egner sig i princippet alle naturligt forekommende og fysiologisk tolerable aminosyrer.

Særlig gode resultater opnås med aminosyrer, som har en vandopløse-25 lighed på mindst ca. 1 g/100 ml. Der foretrækkes aiiphatiske mono-aminomonocarboxylsyrer med højst 5 carbonatomer, fx glycin, alanin, threonin, valin, serin, hydroxyprolin, prolin, fortrinsvis glycin og alanin, især glycin. Der kan ifølge opfindelsen anvendes én aminosyre eller en blanding af flere aminosyrer. 1 Mængden af den aminosyre, der skal tilsættes, kan varieres inden for vide grænser og afhænger i det mindste delvis af den anvendte ami-nosyres opløselighed. Almindeligvis ligger tilsætningerne ved 0,3-5 vægtprocent aminosyre, beregnet på den polymere. For glycin har fx en tilsætning på ca. 1 vægtprocent vist sig at være særlig gunstig.

149301 3

Fortrinsvis indeholder formstoffet i det væsentlige en copolymer af methacrylsyremethylester og methylacrylat. Som antibiotikum indeholder formstoffet fortrinsvis gentamycin. Ifølge en særlig fordelagtig udførelsesform er de enkelte partikler i det mindste delvis forbundne 5 med hinanden ved hjælp af tråde.

De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilvejebragte formstofpar-tikler egner sig især til infektionsprofylakse ved stærkt forurenede, udstrakte bløddelssår eller beskadigelseszoner ved åbne knoglebrud, som de fx hyppigt optræder ved ulykker, idet de tjener til temporær 10 udfyldning af en potentielt inficeret sårhulhed med usikker hudlukning. Det er hermed muligt at anvende antibiotika i depotform lokalt, dvs. umiddelbart på de inficerede eller udsatte steder. Desuden kan applikationen afbrydes efter ønske og også gentages efter ønske.

Særlig simpelt er det ved større sår at indføre partikler, som er 15 forbundne med hinanden, da man da let kan fjerne alle partiklerne, fx ved at trække i en trådende.

Et andet vigtigt anvendelsesområde er knoglekirurgien, især behandlingen af posttraumatisk osteomyelitis. Formstofpartiklerne fremstillet ifølge opfindelsen egner sig til udfyldning af osteomyelitiske hulheder.

20 Forbavsende nok vokser bindevæv ind i mellemrummene mellem formstofpartiklerne. Materialet inkorporeres således trods infektionen som i et aseptisk miljø. Endvidere egner formstofpartiklerne sig til tilvejebringelse af et aseptisk transplantationsleje for en eventuel senere indføring af legemsegne spongiosa. Formstofpartiklerne egner sig også 25 til åben fyldning af osteomyelitiske hulheder, når en primær hudlukning ikke er mulig. Det øverste lag af partiklerne kan da afhøvles; de nedenunder liggende partikler er allerede vidtgående indarbejdet i bindevævet, således at en hudovertrækning bliver mulig.

De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen tilvejebragte formstofpar-30 tikler egner sig først og fremmest til forankring af led-endoproteser, til fast forbindelse af knogler, til indcementering af implantater og lignende kirurgiske metoder.

4 149301

De kan imidlertid også anvendes i form af impianterbare formlegemer, hvorhos deres udhaerdning kan ske inden i eller uden for legemet.

Formstofmaterialer til kirurgiske formål på basis af polymethacrylater og/eller polyacrylater er i princippet kendte. Særlig udbredt er fx en 5 knoglecement, som i en normal pakning indeholder to poser med hver ca. 40 g pulver og to ampuller med hver 20 ml væske. Pulveret er et fint perlepolymerisat (partikeldiameter < 30 μ) af methacrylsyremethyl-ester med en copolymerandel af methylacrylat. Som katalysator er der til pulveret sat ca. 0,5% dibenzoylperoxid. Til mærkning af materialet 10 er der ved fremstillingen medindpolymeriseret spor af chlorophyl. Som røntgen kontrastmiddel kan pulveret yderligere fx indeholde zirconi-umdioxid. Den tilhørende væske består af monomer methacrylsyreme-thylester, hvortil der som accelerator er sat ca. 0,7% dimethyl-p-tolu-idin samt som stabilisator spor af hydroquinon. Også denne væske er 15 i reglen til mærkning indfarvet med spor af chlorophyl. Det i poly-ethylenposer pakkede pulver er steriliseret med ethylenoxid. Væsken er sterilfiltreret og fyldt i glasampuller.

Ved sammenblandingen af 2 vægtdele pulver med 1 vægtdel væske reagerer dibenzoylperoxidet med dimethyl-p-toluidinet i væsken, 20 hvorved den radikaliske polymerisation igangsættes. Blandingen er således afstemt, at den allerede efter ca. 1 minut kan anvendes som dej. Denne dej forbliver æltelig i ca. 4 minutter og begynder derefter at udhærde under varmeudvikling. Efter 6 minutter er polymerisationen i det væsentlige afsluttet. Under den elastiske fase bringes dejen 25 som knoglecement eller knoglekit sammen med de dele, der skal forbindes, og udhærder i reglen dér. Formgivningen og udhærdningen kan imidlertid også ske uden for legemet; i dette tilfælde indbringes de formede dele i legemet under eller efter udhærdningen.

Det til opfindelsens formål anvendelige formstof er imidlertid også til 30 rådighed i allerede udpolymeriseret form. Det anvendes fortrinsvis i form af et perlepolymerisat til fremgangsmåden ifølge opfindelsen.

Partikeldiameteren ligger mellem 1 og 20 mm, fortrinsvis mellem ca. 7 og ca. 10 mm. Granulatet eller materialet i form af småkugler kan 5 U9301 såvel fremstilles umiddelbart før operationen som anskaffes i færdig form. Naturligvis må der altid sørges for sterilitet. Ved en særlig udførelsesform for opfindelsen forbindes partiklerne med hinanden med tråde. Dette kan fx ske på den "måde, at materialet, medens det 5 endnu befinder sig i deformerbar tilstand, anbringes som perler på en snor, eller der trykkes tråde ind i materialet. Som tråde kan anvendes et vilkårligt kirurgisk symateriale eller højlegerede ståltråde af den art, som finder anvendelse i knoglekirurgien. Et formstof i denne form har den fordel, at det er lettere at håndtere under operationen 10 og i tilfælde af en reoperation bedre igen kan fjernes. Også en til at begynde med kun forbigående fyldning ved en foreløbig førstehjælp bliver på denne måde mulig. De anvendte tråde er desuden i stand til at give røntgen kontrast. Herved lettes fx en eventuelt ønsket fjernelse af partiklerne fra bindevævslejet; også den temporære indføring af 15 formstofpartiklerne i en marvhulhed muliggøres, fx efter fjernelse af en marvnagle efter marvhulephlegmone.

Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen inkorporeres i det antibioti-kumholdige formstof mindst én aminosyre. Dette kan ske ved, at man indfører komponenten i formstoffet før udhærdningen, eller at man 20 intensivt blander et allerede polymeriseret produkt, fx et perlepoly-merisat, som allerede indeholder antibiotiket, med den manglende bestanddel og derefter foretager den ønskede formgivning. Som antibiotikum kan i princippet anvendes alle antibiotika, som ikke beskadiges ved de ved polymerisationen eller sintringen optrædende tem-25 peraturer, og som på den ønskede måde frigøres af formstoffet.

De antibiotika, der indeholdes i formstofferne, skal have kemisk stabilitet over for de anvendte formstoffer. Deres virkningsspektrum bør omfatte grampositive eller gramnegative sygdomsfremkaldere eller fortrinsvis begge grupper. Om muligt bør sygdomsfremkalderne med 30 hensyn til de anvendte antibiotika udvise en forsinket resistensudvikling. Af de mange antibiotika, der kommer på tale, kan fx nævnes følgende: erythromycin, lincomycin, clindamycin, novobiocin, vancomycin, fusidinsyre, rifamycin, polymyxiner, neomycin, kanamycin, tobramycin og især gentamycin. Også penicilliner og cephalosporiner 6 149301 kommer i betragtning. Aminoglycosid-antibiotikaene er her på grund af deres brede antibakterielle spektrum og deres varmestabilitet særlig velegnede.

Fx gentamycin er et aminoglycosid-antibiotikum, som overvejende 5 virker bactericidt mod grampositive og først og fremmest gramnegative mikroorganismer. Alle disse mikroorganismer kan imidlertid opretholde en kronisk osteomyelitis, således at dette antibiotikum allerede er blevet anvendt under udnyttelse af den lokale eller systemiske virkning ved osteomyelitis. Ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen opnås 10 ved tilsætning af aminosyrer en forbedret frigørelse af gentamycin netop fra kunstharpikser på basis af polymethacrylater og/eller poly-acrylater. Den særdeles gode vandopløselighed af dette antibiotikum har tydeligt især i nærværelse af aminosyrer, fx glycin, en gunstig indvirkning på en diffusion fra formstoffet. Den gode diffusionsevne 15 muliggør efter et indledende koncentrationsfald en næsten konstant frigivelse, som kun langsomt aftager over et overordentligt langt tidsrum. Hermed er også sikret en tilstrækkelig beskyttelse efter flere måneders forløb. Dette er en stor fordel i forhold til den hidtil sædvanlige behandling, ved hvilken den frigjorte antibiotikamængde 20 varierede mere eller mindre kraftigt. Desuden er på grund af tilsætningsstoffets art cellebeskadigelser i vævet udelukket.

Hverken polymerisationens eller sintringens fremskriden eller formstof materia lets fysiske egenskaber bør have nogen ugunstig indvirkning på de anvendte antibiotikas effekt. 1 2 3 4 5 6

De ved fremgangsmåden ifølge opfindelsen fremstillede formstofpar- 2 tikler har også den fordel, at formstoffet kan være udhærdet endnu 3 før indføringen i legemet. Således undgås i knoglevævet varmeudvik 4 lingen ved udpolymerisationen, hvilket betyder, at operationen kan 5 udføres mere skånende. Ved det extrakorporalt udhærdede formstof 6 formindskes også faren for, at der under operationen frigøres restmonomere, således at en potentiel risiko for hjerte-kredsløbssystemet bortfalder.

149301 7 Mængden af det antibiotikum, der skal tilsættes, kan variere inden for et bredt område og afhænger i det væsentlige af antibiotikumets aktivitet. Almindeligvis ligger tilsætningerne ved 0,2-15 vægtprocent antibiotika, beregnet på den polymere. For gentamycin har fx tilsæt-5 ninger mellem 1 og 4 vægtprocent vist sig særlig gunstige (beregnet på grundlag af gentamycinbase). De øvrige antibiotika tilsættes fortrinsvis ligeledes i til deres antimikrobielle virkning adækvate mængder. Til de mest sædvanlige handelspakninger med endnu ikke udpo-lymeriseret formstof kan der fx tilsættes 0,5 eller 1 g gentamycin for 10 ca. 60 g polymerisat (40 g pulver og 20 ml væske). Der kan imidlertid også vælges andre antibiotikatilsætninger eller blandinger af antibiotika. Fx kan en væsentlig højere tilsætning være nødvendig, når man skal udfylde en forholdsvis lille hulhed, men dog indføre en bestemt virksom dosis af det pågældende antibiotikum. Ved ændring af 15 den sygdomsfremkaldende mikroorganisme eller resistens over for det inkorporerede antibiotikum kan formstofpartikierne fremstillet ifølge opfindelsen også let fjernes og eventuelt erstattes med andre form-stofpartikler med ét eller flere andre antibiotika.

Formstofpartiklerne fremstillet ifølge opfindelsen skal fortrinsvis 20 anvendes til infektionsprofylakse på grænsefladerne mellem knoglecement og knogler eller endoprotese og væv, ved bløddelssår eller åbne knoglebrud samt til behandling af kronisk osteomyelitis. Ved udførelsen af operationen blandes det pulverformige perlepolymerisat, som indeholder antibiotikaene og aminosyrerne, med den monomerholdige 25 væske. Den resulterende plastiske dej indføres i legemet og udformes på den ønskede måde. Der kan også af knoglecementet fremstilles et formlegeme, som derefter implanteres i legemet. En yderligere mulighed består i, at sårhulen omhyggeligt udfyldes med formstofpartiklerne fremstillet ifølge opfindelsen, eller der indlægges de på tråde 30 anbragte småkugler. På grund af partiklernes dimension muliggøres en optimal udfyldning af hulheden. Formstofpartiklerne fremstillet ifølge opfindelsen har ved talrige operationer vist sig at være fremragende.

Ved behandlingen af osteomyelitis iagttages en meget hurtig forsegling af den udsondrede sekretion. Åbne hulheder, som er udfyldt med 35 formstofpartiklerne fremstillet ifølge opfindelsen, ser fuldstændig 8 149301 irritationsfrie ud og viser ingen betaendeisestegn. Som udtryk for inféktionsfriheden omsluttes partiklerne langsomt af bindevæv. Partiklernes beliggenhed kan desuden kontrolleres særdeles godt, da form-stofpartiklerne klart kan erkendes i et røntgenbillede.

5 Opfindelsen belyses nærmere ved følgende eksempler: EKSEMPEL 1 40 g af et sterilt, fint perlepolymerisat (partikeldiameter < 30 y), bestående af et copolymerisat af methacrylsyremethylester og methyl-acrylat, som yderligere indeholder 0,5% dibenzoylperoxid, spor af 10 chlorophyl og 15% zirconiumdioxid som røntgen kontrastmiddel, blandes godt med 0,5 g gentamycinsulfat og 0,4 g glycin. Det resulterende pulver blandes derefter med 20 ml af en væske, som består af monomer methacrylsyremethylester med en tilsætning på ca. 0,7% dimeth-yl-p-toluidin og ca. 0,006% hydroquinon. Af den efter grundig gen-15 nemblanding dannede pasta formes småkugler med en diameter på ca.

7 mm. Efter ca. 6 minutter er partiklerne hærdede. Eventuelt kan der derefter foretages en sterilisation, fx ved gasning med ethylenoxid. Partiklerne kan derefter anvendes til infektionsprofylakse ved blød-delssår eller beskadigelseszoner ved åbne knoglebrud eller til fyldning 20 af osteomyelitiske hulheder.

EKSEMPEL 2 I analogi med eksempel 1 formes småkugler med en diameter på ca.

7-10 mm. Til 60 g polymerisat sættes 1 g gentamycinsulfat og 0,6 g glycin. Endnu før fuldstændig udhærdning trækkes de resulterende 25 partikler med en afstand på ca. 2 mm som perler på en tråd (kirurgisk, højlegeret ståltråd) med en diameter på ca. 0,1 mm. Man lader småkuglerne udhærde i denne tilstand. Ved anvendelsen kan "perlesnoren" afskæres i en hvilken som helst ønsket længde.

149301 9 EKSEMPEL 3 40 g af et sterilt, fint perlepolymerisat (partikeldiameter < 30 μ), bestående af et copolymerisat af methacrylsyremethylester og methyl -acrylat, som indeholder ca. 15% zirconiumdioxid som røntgen kontrast-5 middel, blandes godt med 0,5 g gentamycinsulfat og 0,4 g glycin. Det resulterende pulver bringes i et egnet apparatur til sintring og udformes i passende forme (fortrinsvis ved sprøjtestøbning). Indarbejdningen af tråde kan her ske samtidigt. Eventuelt kan der derefter foretages en sterilisation, fx ved gasning med ethylenoxid. Småkug-10 lerne kan derefter anvendes til infektionsprofylakse ved bløddelssår eller beskadigelseszoner ved åbne knoglebrud eller til fyldning af osteomyelitiske hulheder.

EKSEMPEL 4 I analogi med eksempel 1 fremstilles ud fra de i eksempel 1 angivne 15 bestanddele en pasta. Denne pasta anvendes på sædvanlig måde som knoglecement til fastgørelse af endoproteser ved hofteledsoperationer.

EKSEMPEL 5 16 g af et pulver bestående af et copolymerisat af methacrylsyremethylester og methacrylat, som yderligere indeholdt 0,5% dibenzylperoxid, 20 blev i hvert af en række forsøg blandet med 0,5 g af et antibiotikum og 1 g af en aminosyre. Den resulterende blanding blev sat til en monomer bestående af 10 ml methacrylsyremethylester med en tilsætning af 0,7% dimethyl-p-toluidin og 0,006% hydroquinon, og der blev omrørt, indtil den resulterende dej ikke længere var klæbende. Denne 25 dej blev fyldt i cylindriske forme med diameter 25 mm og højde 10 mm, hvor man lod den forblive, indtil den var udhærdet. Efter polymerisationen blev to af de resulterende prøvelegemer fra hvert forsøg hver for sig elueret i 7 dage i 20 ml phosphatpuffer. Elueringsvæsken blev skiftet daglig, og dens antibiotikumindhold blev analyseret.

ίο U9301 På denne måde blev der fremstillet prøvelegemer med 4 forskellige antibiotika henholdsvis uden og med op til 4 forskellige aminosyrer, og eluatet blev analyseret. Resultaterne fremgår af tabellen. Tabellens koncentrationsangivelser er middelværdier af hver gang 2 målinger.

5 Sammenligningsforsøgene viser entydigt, at frigørelsen af antibiotika fra de antibiotikaholdige prøvelegemer forbedres væsentligt i nærværelse af aminosyrer. Således frigøres fx gentamycin i nærværelse af glycin selv efter 7 dage stadig i 5 gange så stor koncentration, i nærværelse af threonin endog i 17,5 gange så stor koncentration, 10 sammenlignet med prøvelegemer uden tilsætning af aminosyre. Tobramycin frigøres i nærværelse af glycin i 6 gange højere koncentration, og også repræsentanter for de i beskrivelsen nævnte penicilliner (mezlocillin) og cephalosporiner (cefazedon) viser forhøjet frigørelse af antibiotikum, således fx i tilfældet cefazedon i nærværelse af thre-15 onin med en faktor 11,25.

Resultaterne i tabellens to første linjer, altså for gentamycin med og uden glycin, tjener også som sammenligningseksempel med dansk fremlæggelsesskrift nr. 134.095, der beskriver et kirurgisk form-stofmateriale af samme art og indeholdende et antibiotikum, fortrinsvis 20 gentamycin, men uden tilsat aminosyre. Som ovenfor nævnt bevirker tilsætningen af aminosyren, at gentamycinet selv efter 7 dages forløb stadig frigives i 5 gange så stor koncentration.

Claims (4)

149301 TABEL Antibiotikumfrigørelse fra prøvelegemer i nærværelse af aminosyrer Prøvelegemernes sammensætning: 26 g polymer 0,5 g antibiotikum 5 1 9 aminosyre Sammensætning: Antibiotikumkoncentration (vg/ml/dag) Dag Antibiotikum Aminosyre 1 2 3 4 5 6 7 10 _ Gentamycin - 208 24 14 10 8 6 6 Gentamycin Glycin 410 90 57 49 44 35 30 Gentamycin Alanin 432 114 100 68 56 50 43 Gentamycin Threonin 659 229 178 153 135 115 105

15 Gentamycin Valin 395 83 57 43 38 31 28 Tobramycin - 131 19 15 9 7 6 5 Tobramycin Glycin 367 76 53 44 42 35 30 Mezlocillin - 91 7 3 < 2 < 2 < 2 0 Mezlocillin Glycin 194 14 8 4 3 2 2

20 Mezlocillin Alanin 304 38 18 11 8 5 4 Cefazedon - 98 18 13 7 6 4 4 Cefazedon Glycin 227 63 38 25 21 11 10 Cefazedon Threonin 463 202 132 87 74 52 45 1 2 3 4 5 6 2

1. Fremgangsmåde til forbedring af frigørelsen af antibiotika fra 3 antibiotikaholdige kirurgiske formstofpartikler på basis af polymeth- 4 acrylater og/eller polyacrylater, 5 kendetegnet ved, at der til formstoffet sættes mindst én 6 aminosyre.