Cementos óseos con antibióticos microencapsulados. Estudio de las propiedades mecánicas, térmicas y antibacterianas

Abstract

La gran dificultad en el tratamiento de infecciones provocadas por prótesis metálicas colocadas en traumatología impulsó, hace más de 40 años, el uso de cemento óseo cargado con antibióticos, que permite un tratamiento localizado de las mismas. Estos cementos tienen dos usos diferenciados: terapéutico y profiláctico. Cuando se produce una infección grave, que no es posible de tratar sin extraer la prótesis, se realiza un recambio en dos tiempos utilizando un espaciador de cemento con fines terapéuticos: se retira la prótesis infectada, se limpia la zona y se introduce el espaciador en la misma, y tras el tratamiento (entre 4 y 8 semanas), se extrae el espaciador y se coloca una nueva prótesis. Cuando se implanta una nueva prótesis, ésta se puede fijar con cemento cargado con antibiótico (uso profiláctico) con el objetivo de evitar el crecimiento de biofilm bacteriano en la superficie del implante. Esta aplicación del cemento es muy común en Europa y el único aprobado actualmente en Estados Unidos por la FDA (Food and Drugs Administration). El cemento óseo consiste en un sólido (que contiene el polímero y el catalizador) y un líquido (monómero y activador) que se mezclan en quirófano y se coloca en el interior del hueso sano y alrededor de la prótesis, polimerizando en unos 10-12 minutos, fijando la misma. El antibiótico puede ser mezclado con la fase sólida en ese mismo momento o puede estar contenido en la misma desde fábrica. La rifampicina es un antibiótico que, al contrario que los antibióticos comúnmente usados para los cementos óseos (gentamicina, vancomicina, tobramicina…), tiene una alta actividad antibacteriana contra los biofilms Staphylococcus Aureus presentes en las infecciones de las prótesis, pero su uso en cementos óseos está limitado ya que alarga el tiempo de curado del cemento hasta más de 1 hora. Este proyecto tiene como objetivo principal encontrar una alternativa que permita la utilización de este antibiótico con esta aplicación. La microencapsulación se presenta como dicha alternativa, y con todos los ensayos realizados a lo largo del proyecto se busca probar su efectividad.

Infections produced in the body because of the use of metallic prosthesis in traumatology are very difficult to treat. More than 40 years ago the use of loaded bone cement (LBC) started to take place as the most effective localized infection treatment for these cases. LBC can be utilized with therapeutic or prophylactic ends. If a severe infection takes place, and it cannot be treated without the implant being extracted, a two-stage revision is performed, and a cement spacer is used with a therapeutic end: the infected prosthesis is removed and the space left cleaned, the spacer is placed in the empty and cleaned space, and, once the infection is cured after 4 to 8 weeks, the spacer is removed and a new prosthesis is placed. If a prosthesis is implanted, it can be fixed to the bone with LBC with less amount of antibiotic than in the therapeutic case, in order to avoid biofilm to grow on the surface of the implant. This last use of the LBC is the most common in Europe and the only one currently approved by the FDA (Food and Drug Administration) in the United States. The bone cement is formed by a solid (containing a polymer and catalyzer) and a liquid phase (monomer and activator), that are mixed together within the surgery, and then the cement is placed inside the bone and around the prosthesis. After the mixing the cement polymerizes in about 10-12 minutes and fixes the implant. The antibiotic can be mixed with the solid phase of the cement during the surgery or can be contained in it from the manufacturing process. Rifampicin is an antibiotic that, contrary to the commonly used antibiotics in LBC (gentamycin, vancomycin, tobramycin, …), has a high activity against Staphylococcus Aureus biofilms, which are present in the prosthesis infections, but the use of this antibiotic in LBC is limited as it increases the curing time up to more than 1 hour. The principal objective of this project is to find an alternative to make it possible to use this antibiotic in LBC. The rifampicin’s microencapsulation is presented as this alternative, and the effectiveness of this method is proved within the different tests performed in the project.