Antibiotic-loaded plaster of Paris implants coated with poly lactide-co-glycolide as a controlled release delivery system for the treatment of bone infections

Summary. Plaster of Paris implants containing vancomycin (60 mg/g of carrier) were prepared in order to be used as local delivery system for the treatment of bone infections. The regulation of the release rate was performed by coating the carrier with a polylactide-co-glycolide polymer composed by 10% (w/w) polyglycolic acid and 90% (w/w) racemic poly (D,L-lactic acid). The release of the antibiotic from the biodegradable matrix was evaluated in vitro. From this investigation, it is clear that the drug elution depends on the coating depth. After a burst effect occurring on the first day of the experiment, therapeutic concentrations were measured during one week when uncoated implants were used. The coating allowed decrease of the burst effect and extended efficient release to more than five weeks when the implants were embedded with six layers (162 μ

m) of PLA₄₅GA₁₀. This delivery system was implanted into the femoral condyle of rabbits. It was shown that the in vivo release was also closely regulated by the coating depth. In all bone tissues (bone marrow and cortical bone) surrounding the pellets, the drug concentration exceeded the Minimum Inhibitory Concentration for the common causative organisms of bone infections (Staphylococcus aureus) for at least four weeks without inducing serum toxic levels. Due to its cheapness, facility of use and sterilization, biocompatibility and biodegradability, plaster of Paris coated with PLA₄₅GA₁₀ polymer giving a controlled release of vancomycin appears to be a promising sustained release delivery system of antibiotics for the treatment of bone and joint infections.

Résumé. Des implants de plâtre de Paris chargés de vancomycine (60 mg/g) ont été préparés pour l’administration locale et prolongée d’antibiotique. La libération du principe actif à partir de ces vecteurs biodégradables a étéévaluée in vitro et in vivo au niveau osseux. La régulation de la diffusion de l’antibiotique a été réalisée en enrobant les implants d’épaisseurs croissantes de polymère biodégradable (PLA ₄₅

GA₁₀) composé de 10% (p/p) d’acide glycolique et de 90% (p/p) d’un mélange racémique d’acide lactique (formes D et L). Des expériences menées in vitro, il apparaît que l’élution de la vancomycine dépend de l’épaisseur de l’enrobage de PLA₄₅GA₁₀. Ainsi la libération de l’antibiotique à partir des implants dépourvus d’enrobage s’effectue rapidement dès le premier jour et dure pendant une semaine. L’enrobage permet de réduire cette libération massive du début et de prolonger la libération au-delà de cinq semaines lorsque les implants sont enrobés de six couches (162 μm) de PLA₄₅GA₁₀. Les expériences menées in vivo, après implantation des billes de plâtre dans le condyle fémoral de lapins, confirment l’importance de l’épaisseur de la couche d’enrobage dans la régulation de la diffusion de l’antibiotique. Que ce soit au niveau de la moelle osseuse ou de l’os cortical environnant l’implant, des concentrations thérapeutiques ont été mesurées pendant plus de quatre semaines sans jamais induire de concentrations sériques toxiques. Grâce à son coût réduit, sa facilité d’utilisation et de stérilisation ainsi que son caractère biocompatible et biodégradable, le plâtre de Paris enrobé de PLA₄₅GA₁₀ constitue un vecteur de choix pour le traitement local et prolongé des infections osseuses.