Drugrelease aus Knochenimplantaten - Simbone

Hintergrund & Motivation

Abb. 1 - Implantat für den Knochenersatz

Arzneistoffbeladene Implantate spielen für orthopädische Anwendungen eine bedeutende Rolle. So bieten Antibiotika haltige Beschichtungen effektive Möglichkeiten, um intraoperativen Kontaminationen vorzubeugen. Durch Zugabe von Proteinen, Wachstumsfaktoren u.a. in die Matrix von Knochenersatzmaterialien kann der Knochenheilungsprozess gezielt angeregt und unterstützt werden.

Konventionelle Methoden, die für die Untersuchung des in-vitro-Abgabeverhaltens von Wirkstoffen aus Implantaten verwendet werden, ermöglichen lediglich die Bestimmung der freigesetzten Arzneistoffmenge. Nachteile dieser Methoden bestehen in der sehr starken Vereinfachung der in-vivo-Verhältnisse und der daraus resultierenden Problematik der in-vitro/in-vivo-Korrelation. Die Diffusion eines Arzneistoffes aus der Materialmatrix bzw. Beschichtung ist der für die in-vivo-Freisetzung bestimmende Aspekt. In diesem Projekt wird an modifizierten Freisetzungsmethoden gearbeitet.

Projektziele

Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines Knochenmodells, mit dem eine in-vivo-Abgabe von Wirkstoffen aus Implantaten simuliert werden kann.

Messaufbau

Abb. 2 - Schnittansicht des Durchflussmodells
Abb. 3 - Fluoreszenzmessung

Es wurde ein Durchflussmodell entwickelt, das ein Reservoir für ein beschichtetes Implantat enthält. Dieses Reservoir ist vom Strömungskanal durch eine Hydrogelmembran getrennt. Das Hydrogel soll die sich in-vivo ausbildende Schicht (Blutgerinnsel, Bindegewebe) an der Grenzfläche Implantat/Knochen simulieren. Als Arzneistoff werden Farbstofflösungen (Fluorescein-Natrium) bzw. Farbstoff-beschichtete Implantat-Proben verwendet. Das System ist als geschlossener Kreislauf aufgebaut. Der Farbstoff diffundiert durch das Hydrogel in den Kreislauf. Die Konzentration wird kontinuierlich durch Fluoreszenz-Spektroskopie bestimmt. Durch Variation der Hydrogelparamter (Dicke, Vernetzungsgrad, Wassergehalt) soll die Diffusion mit in-vivo-Daten aus der Literatur angepasst werden

Publikationen

T. Wenzel, C. Damiani, T. Dreesch, S. Klein
Drug release from bone implants in-vitro: An experimental setup
Biomedizinische Technik/Biomedical Engineering, Volume 57, Issue SI-1 Track D, ISSN (Online) 1862-278X, ISSN (Print) 0013-5585, DOI: 10.1515/bmt-2012-4174, August 2012 (Link)

T. Wenzel, T. Dreesch, Chr. Damiani, St. Klein 
In-vitro-Modell für die Arzneistofffreisetzung orthopädischer Implantate. 
Posterbeitrag, 6. Workshop Kleine Volumenströme in der Medizintechnik, FH Lübeck, Juni 2012