Antibacterial activity study of poly(L-lactide) composites for novel biodegradable intramedullary nails

Implantacja gwoździ śródszpikowych wiąże się z ryzykiem wystąpienia poważnej infekcji kości spowodowanej zakażeniem bakteryjnym. Tradycyjna antybiotykoterapia w tym przypadku ma wiele ograniczeń. Rozwiązaniem tego problemu może być lokalne dostarczanie leku bezpośrednio do miejsca implantacji. Jednym ze sposobów na realizację takiego rozwiązania jest stosowanie pokryć tradycyjnych gwoździ metalowych pokrytych degradowalnym materiałem polimerowym pozwalającym na kontrolowane uwalnianie substancji leczniczej. Autorzy poszli o krok dalej proponując wytworzenie nowatorskich gwoździ śródszpikowych z materiału degradowalnego, któremu nadano właściwości antybakteryjne poprzez wprowadzenie do resorbowalnej matrycy polimerowej antybiotyku w postaci siarczanu gentamycyny (GS). Dodatkowo osnowę z poli(L-laktydu) (PLA) zmodyfikowano wprowadzając druty ze stopów magnezu (MG), włókna węglowe (CF), włókna alginianowe (ALG) oraz nanocząstki fosforanu trójwapnia (TCP) w różnych układach. Test aktywności antybakteryjnej przeprowadzono z użyciem szczepu metycilino-wrażliwego Staphylococcus pseudintermedius. Dokonano analizy ilościowej i jakościowej stref zahamowania wzrostu bakterii utworzonych wokół badanych fragmentów gwoździ. Wykazano, że wszystkie zaproponowane materiały kompozytowe z dodatkiem gentamycyny wykazują działanie hamujące wzrost i namnażanie bakterii, najsilniejsze w przypadku układów PLA/CF/ ALG/GS oraz PLA/CF/ALG/TCP/GS. Działanie to utrzymuje się nawet po 12 dniach od pierwszego wysiewu. Ponadto badania wykazały, że gwóźdź PLA/MG również wykazuje słabe oddziaływanie antybakteryjne pomimo braku dodatku w postaci antybiotyku, jednak działanie to zostaje zablokowane po wprowadzeniu TCP do matrycy polimerowej.Intramedullary nails implantation carries a risk of a serious bone infection caused by bacteria. In this case traditional antibiotic therapy has many limitations. A good solution to the problem can be local drug delivery directly to the implantation site. One of the ways to implement such solution is to use, on the surface of traditional metallic nails, degradable polymer coatings that enable controlled drug release. Authors went a step further by proposing to fabricate novel intramedullary nails entirely from degradable material that has been endowed with antibacterial properties. Antibacterial protection was provided by the introduction of an antibiotic - gentamicin sulphate (GS) to the poly(L-lactide) (PLA) matrix. Into the resorbable matrix the following modifying phases were also introduced: magnesium alloy wires (MG), carbon fibers (CF), alginate fibers (ALG) and tricalcium phosphate nanoparticles (TCP), in various systems. Antibacterial activity test was carried out using methicillin-sensitive strain Staphylococcus pseudintermedius. Qualitative and quantitative analysis of bacteria growth inhibition zones formed around studied nails’ samples were performed. It has been proven that all of the proposed composite materials with gentamicin addition showed inhibitory effect on growth and proliferation of bacteria, with the strongest in the case of PLA/CF/ALG/GS and PLA/CF/ALG/TCP/GS systems. The inhibitory effect was maintained even after 12 days since the first inoculation. Moreover, the study proved that PLA/MG nails also showed some antibacterial activity, despite lack of the antibiotic addition. However, after introduction of TCP to the matrix, this action has been blocked