Lokale Applikation

Prof. Dr. rer. nat. Britt Wildemann

Heilungsprozesse können durch die Applikation von Wirksubstanzen gefördert werden. Ein großes Forschungsfeld in der Orthopädie und Traumatologie stellt hierbei die Applikation von Wachstumsfaktoren zur Heilungsstimulation und Antibiotika zur Infektprophylaxe und –therapie dar.

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Mischspritze für Knochenersatzmaterial und Wirksubstanz
Versuchsansatz für die Untersuchung der in vitro Freisetzungskinetik von Wirksubstanzen aus Knochenersatzmaterial

Knochenheilungsstörungen und implantatassoziierte Infektionen stellen noch immer eine Herausforderung in der unfallchirurgischen und orthopädischen Chirurgie dar. Durch die lokale Gabe von Wirksubstanzen können endogene Heilungsprozesse gefördert aber auch Infektionen vorgebeugt oder behandelt werden. Gleichzeitig wird die notwendige Dosis und die systemische Belastung reduziert, aber auch die Verfügbarkeit vor Ort verbessert. Unsere Arbeitsgruppe beschäftigt sich mit verschiedenen Möglichkeiten der lokalen Applikation bei verschiedenen Indikationen.

Die entwickelte biodegradierbare Beschichtung -basierend auf dem Polymer Poly(D,L-Laktid)- für chirurgisches Material/Implantate wurde intensiv in vitro und in vivo zur Applikation von Antibiotika und Faktoren zur Stimulation der Knochenheilung getestet. Neben der Optimierung der Beschichtung und der Freisetzungskinetik, wurden die Effektivität und die Biokompatibilität untersucht.

Zur Behandlung knöcherner Defekte stehen zahlreiche Knochenersatzstoffe zur Verfügung. Im Idealfall kann der Chirurg das geeignete Material mit einer Wirksubstanz anreichern, damit die Heilung gefördert oder Bakterien bekämpft werden. Hierzu haben wir einen perioperativen Ansatz entwickelt, welcher eine schnelle und homogene Mischung von Ersatzmaterial mit Wirksubstanzen ermöglicht und intensiv die Freisetzungskinetik verschiedener Antibiotika in vitro analysiert. In einem Defektmodell wurde die Effektivität des mit dem Wachstumsfaktor BMP-2 angereicherten Knochenersatzmaterials (Demineralisierte Knochenmatrix, DBM) getestet und mittels µCT und Histologie die Knochenheilung evaluiert. Die Wirksamkeit und Zytotoxizität neu entdeckter oder modifizierter antimikrobieller Substanzen untersuchen wir in verschiedenen in vitro Versuchsansätzen.

Ausgewählte Publikationen

Bormann N, Koliszak A, Kasper S, Schoen L, Hilpert K, Volkmer R, Kikhney J, Wildemann B.
A short artificial antimicrobial peptide shows potential to prevent or treat bone infections.
Sci Rep. 2017 May 4;7(1):1506.

Huber E, Pobloth A-M, Bormann N, Kolarczik N, Schmidt-Bleek K, Schell H, Schwabe P, Duda GN, Wildemann B.
DBM as a carrier for BMP-2: Burst release combined with long term binding and osteoinductive activity evaluated in vitro and in vivo.
Tissue Engineering Part A, 2017 epub

Back DA, Bormann N, Calafi A, Zech J, Garbe LA, Müller M, Willy C, Schmidmaier G, Wildemann B.
Testing of antibiotic releasing implant coatings to fight bacteria in combat-associated osteomyelitis - an in-vitro study.
Int Orthop. 2016 May;40(5):1039-47.

Nast S, Fassbender M, Bormann N, Beck S, Montali A, Lucke M, Schmidmaier G, Wildemann B.
In vivo quantification of gentamicin released from an implant coating.
J Biomater Appl. 2016 Jul;31(1):45-54.

Faßbender M, Minkwitz S, Strobel C, Schmidmaier G, Wildemann B.
Stimulation of bone healing by sustained bone morphogenetic protein 2 (BMP-2) delivery.
Int J Mol Sci. 2014 May 14;15(5):8539-52.

Fassbender M, Minkwitz S, Kronbach Z, Strobel C, Kadow-Romacker A, Schmidmaier G, Wildemann B.
Local gentamicin application does not interfere with bone healing in a rat model.
Bone. 2013 Aug;55(2):298-304

Pauly S, Back DA, Kaeppler K, Haas NP, Schmidmaier G, Wildemann B.
Influence of statins locally applied from orthopedic implants on osseous integration.
BMC Musculoskelet Disord. 2012 Oct 26;13:208.

Kadow-Romacker A, Greiner S, Schmidmaier G, Wildemann B.
Effect of β-tricalcium phosphate coated with zoledronic acid on human osteoblasts and human osteoclasts in vitro.
J Biomater Appl. 2013 Jan;27(5):577-85.

Strobel C, Bormann N, Kadow-Romacker A, Schmidmaier G, Wildemann B.
Sequential release kinetics of two (gentamicin and BMP-2) or three (gentamicin, IGF-I and BMP-2) substances from a one-component polymeric coating on implants.
J Control Release. 2011 Nov 30;156(1):37-45.

Wildemann B, Lange K, Strobel C, Fassbender M, Willie B, Schmidmaier G.
Local BMP-2 application can rescue the delayed osteotomy healing in a rat model.
Injury. 2011 Aug;42(8):746-52.