Formulations and Algorithms for Routing Problems

Combinatorial Optimization is a branch of optimization that deals with the problems where the set of feasible solutions is discrete. Routing problem is a well studied branch of Combinatorial Optimization that concerns the process of deciding the best way of visiting the nodes (customers) in a network. Routing problems appear in many real world applications including: Transportation, Telephone or Electronic data Networks. During the years, many solution procedures have been introduced for the solution of different Routing problems. Some of them are based on exact approaches to solve the problems to optimality and some others are based on heuristic or metaheuristic search to find optimal or near optimal solutions. There is also a less studied method, which combines both heuristic and exact approaches to face different problems including those in the Combinatorial Optimization area. The aim of this dissertation is to develop some solution procedures based on the combination of heuristic and Integer Linear Programming (ILP) techniques for some important problems in Routing Optimization. In this approach, given an initial feasible solution to be possibly improved, the method follows a destruct-and-repair paradigm, where the given solution is randomly destroyed (i.e., customers are removed in a random way) and repaired by solving an ILP model, in an attempt to find a new improved solution.

Sustained-release formulations for compounds underlying intestinal drug efflux

ZusammenfassungDie Sekretion von Arzneistoffen aus Darmzellen zurück ins Darmlumen, die durch intestinale Transporter wie P-Glykoprotein (P-GP) vermittelt wird, stellt eine bekannte Quelle für unvollständige und variable Bioverfügbarkeiten und für Interaktionen mit anderen Arzneimitteln und Nahrungsbestandteilen dar. Dennoch liegen bisher keine Veröffentlichungen vor, die sich mit daraus resultierenden Konsequenzen für die Entwicklung neuer peroraler Darreichungsformen befassen. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, deutlich zu machen, dass dem Auftreten von intestinalen Sekretionsphänomenen bei der Entwicklung von Retardarzneimitteln Rechnung getragen werden muss.Dazu wurden effektive Permeabilitäten für den Modellarzneistoff Talinolol in unterschiedlichen Darmabschnitten anhand eines Rattendarmperfusionsmodells bestimmt.Des weiteren wurde eine Retardformulierung für den Modellarzneistoff Talinolol entwickelt. Dabei wurde gezeigt, dass die Verwendung unterschiedlicher Puffer als Wirkstofffreisetzungmedien zur Ausbildung unterschiedlicher Talinolol-Kristallstrukturen führt.Die neu entwickelten Retardmatrixtabletten wurden mit Hilfe des Pharmakokinetik-Computersoftwareprogrammes Gastro Plus® evaluiert. Das Zusammenspiel von verlangsamter Wirkstofffreigabe aus der Arzneiform und intestinaler Sekretion führte zu einer deutlich verringerten Bioverfügbarkeit der Modellsubstanz Talinolol aus der Retardformulierung im Vergleich zu schnellfreisetzenden Arzneiformen.Daher sollte der Einfluß intestinaler sekretorischer Transporter wie P-GP bei der Entwicklung von Retardarzneiformen unbedingt berücksichtigt werden.

Development and in vitro testing of liposomal gadolinium-formulations for neutron capture therapy of glioblastoma multiforme

For the improvement of current neutron capture therapy, several liposomal formulations of neutron capture agent gadolinium were developed and tested in a glioma cell model. Formulations were analyzed regarding physicochemical and biological parameters, such as size, zeta potential, uptake into cancer cells and performance under neutron irradiation. The neutron and photon dose derived from intracellular as well as extracellular Gd was calculated via Monte Carlo simulations and set in correlation with the reduction of cell survival after irradiation. To investigate the suitability of Gd as a radiosensitizer for photon radiation, cells were also irradiated with synchrotron radiation in addition to clinically used photons generated by linear accelerator.rnIrradiation with neutrons led to significantly lower survival for Gd-liposome-treated F98 and LN229 cells, compared to irradiated control cells and cells treated with non-liposomal Gd-DTPA. Correlation between Gd-content and -dose and respective cell survival displayed proportional relationship for most of the applied formulations. Photon irradiation experiments showed the proof-of-principle for the radiosensitizer approach, although the photon spectra currently used have to be optimized for higher efficiency of the radiosensitizer. In conclusion, the newly developed Gd-liposomes show great potential for the improvement of radiation treatment options for highly malignant glioblastoma.rn

Amphotericin B nano-formulations : development, characterisation and suitability for oral administration

In der Form von Nanokapseln (AmB-HST), Nanoemulsion beziehungsweise multilamellaren Vesikeln (MLV) wurden drei Amphotericin-B-Formulierungen für die orale Applikation entwickelt, charakterisiert und verglichen. Die neuartige homogene Nanokapsel-Formulierung des hydrophoben Polyen-Antimykotikums Amphotericin B wurde in Analogie zu einem für Simvastatin und andere Arzneistoffe etablierten Prozess aus der Reinsubstanz, Lezithin und Gelatine mit Hilfe des HST-Verfahrens hergestellt. Photometrische Untersuchungen zeigten, dass das Endprodukt aus Monomeren aufgebaut ist. Mittels Mikroskopie ließen sich die Aggregate vor der Umhüllung mit Lezithin und Gelatine im Ausgangsmaterial als individuelle kugelförmige Arzneistoffpartikel darstellen. Strukturuntersuchungen mit dynamischer licht streuung (DLS) zeigten eine enge Größenverteilung der verkapselten Partikel von ca. 1 µm. Die Struktur der Hülle der HST-Partikel wurde erstmalig mit Neutronenstreuung unter Verwendung der Deuterium-basierten Lösungsmittel kontrastmethode aufgeklärt. Durch die teilweise Kontrastmaskierung des Partikelkerns bei der Neutronenstreuung konnte die Lezithin-Gelatine-Hülle als eine dünne, 5,64 ± 0.18 nm dicke Schicht aufgelöst werden, welche der biologischen Lipidmembran ähnlich, im Vergleich aber geringfügig größer ist. Dieses Resultat eröffnet Wege für die Optimierung der Formulierung von pharmazeutischen Nanopartikeln, z.B. durch Oberflächenmodifizierungen. Weitere Untersuchungen mittels Kleinwinkelneutronenstreuung unter Verwendung der D-Kontrastvariation deuten darauf hin, dass die Komponenten der Nanokapseln nicht den gleichen Masseschwerpunkt haben, sondern asymmetrisch aufgebaut sind und dass die stärker streuenden Domänen weiter außen liegen. Die Partikel sind im Vergleich zu Liposomen dichter. In-Vitro Freisetzungsstudien belegen das Solubilisierungsvermögen des HST-Systems, wonach die Freisetzung des Arzneistoffes aus der Formulierung zu allen gemessenen Zeitpunkten höher als diejenige der Reinsubstanz war. rnDie Nanoemulsion-Formulierung von Amphotericin B wurde mit einem Öl und Tensid system, jedoch mit unterschiedlichen Co-Solvenzien, erfolgreich entwickelt. Gemäß der Bestimmung der Löslichkeit in verschiedenen Hilfsstoffen erwies sich der Arzneistoff Amphotericin B als nicht-lipophil, gleichzeitig aber auch als nicht-hydrophil. Die zur Ermittlung der für die Emulsionsbildung notwendigen Hilfstoffkonzentrationen erstellten ternären Diagramme veranschaulichten, dass hohe Öl- und Tensidgehalte zu keiner Emulsionsbildung führten. Dementsprechend betrug der höchste Ölgehalt 10%. Die Tröpfchengröße wuchs mit zunehmender Tensidkonzentration, wobei die Co-Solventmenge der Propylenglykol-haltigen Nanoemulsion indirekt verringert wurde. Für die Transcutol®P-haltige Nanoemulsion hingegen wurde das Gegenteil beobachtet, nämlich eine Abnahme der Tröpfchengröße bei steigenden Tensidkonzentrationen. Durch den Einschluss des Arzneistoffes wurde nicht die Viskosität der Formulierung, sondern die Tröpfchengröße beeinflusst. Der Wirkstoffeinschluss führte zu höheren Tröpfchengrößen. Mit zunehmender Propylenglykolkonzentration wurde der Wirkstoffgehalt erhöht, mit zunehmender Transcutol®P-Konzentration dagegen vermindert. UV/VIS-spektroskopische Analysen deuten darauf hin, dass in beiden Formulierungen Amphotericin B als Monomer vorliegt. Allerdings erwiesen sich die Formulierungen Caco-2-Zellen und humanen roten Blutkörperchen gegenüber als toxisch. Da die Kontrollproben eine höhere Toxizität als die wirkstoffhaltigen Formulierungen zeigten, ist die Toxizität nicht nur auf Amphotericin, sondern auch auf die Hilfsstoffe zurückzuführen. Die solubilisierte Wirkstoffmenge ist in beiden Formulierungen nicht ausreichend im Hinblick auf die eingesetzte Menge an Hilfsstoff nach WHO-Kriterien. Gemäß diesen Untersuchungen erscheinen die Emulsions-Formulierungen für die orale Gabe nicht geeignet. Dennoch sind Tierstudien notwendig, um den Effekt bei Tieren sowie die systemisch verfügbare Wirkstoffmenge zu ermitteln. Dies wird bestandskräftige Schlussfolgerungen bezüglich der Formulierung und Aussagen über mögliche Perspektiven erlauben. Nichtsdestotrotz sind die Präkonzentrate sehr stabil und können bei Raumtemperatur gelagert werden.rnDie multilamellar-vesikulären Formulierungen von Amphotericin B mit ungesättigten und gesättigten neutralen Phospholipiden und Cholesterin wurden erfolgreich entwickelt und enthielten nicht nur Vesikel, sondern auch zusätzliche Strukturen bei zunehmender Cholesterinkonzentration. Mittels Partikelgrößenanalyse wurden bei den Formulierungen mit gesättigten Lipiden Mikropartikel detektiert, was abhängig von der Alkylkettenlänge war. Mit dem ungesättigten Lipid (DOPC) konnten hingegen Nanopartikel mit hinreichender Verkapselung und Partikelgrößenverteilung gebildet werden. Die Ergebnisse der thermischen und FTIR-spektroskopischen Analyse, welche den Einfluss des Arzneistoffes ausschließen ließen, liefern den Nachweis für die mögliche, bereits in der Literatur beschriebene Einlagerung des Wirkstoffs in lipid- und/oder cholesterinreiche Membranen. Mit Hilfe eines linearen Saccharosedichtegradienten konnte die Formulierung in Vesikel und Wirkstoff-Lipid-Komplexe nach bimodaler Verteilung aufgetrennt werden, wobei der Arzneistoff stärker mit den Komplexen als mit den Vesikeln assoziiert ist. Bei den Kleinwinkelneutronenstreu-Experimenten wurde die Methode der Kontrastvariation mit Erfolg angewendet. Dabei konnte gezeigt werden, dass Cholesterol in situ einen Komplex mit Amphotericin B bildet. Diesen Sachverhalt legt unter anderem die beobachtete Differenz in der äquivalenten Streulängendichte der Wirkstoff-Lipid- und Wirkstoff-Lipid-Cholesterin-haltigen kleinen unilamellaren Vesikeln nahe. Das Vorkommen von Bragg-Peaks im Streuprofil weist auf Domänen hin und systematische Untersuchungen zeigten, dass die Anzahl der Domänen mit steigendem Cholesteringehalt zunimmt, ab einem bestimmten Grenzwert jedoch wieder abnimmt. Die Domänen treten vor allem nahe der Außenfläche der Modellmembran auf und bestätigen, dass der Wirkstoff in den Cholesterinreichen Membranen vertikal eingelagert ist. Die Formulierung war sowohl Caco-2-Zellen als auch humanen roten Blutkörperchen gegenüber nicht toxisch und erwies sich unter Berücksichtigung der Aufnahme in Caco-2-Zellen als vielversprechend für die orale Applikation. Die Formulierung zeigt sich somit aussichtsreich und könnte in Tabletten weiterverarbeitet werden. Ein Filmüberzug würde den Wirkstoff gegen die saure Umgebung im Magen schützen. Für die Bestimmung der systemischen Verfügbarkeit der Formulierung sind Tierstudien notwendig. Die entwickelten multilamellaren Formulierungen einschließlich der Wirkstoff-Cholesterin-Komplexe bieten somit gute Aussichten auf die mögliche medizinische Anwendung. rnrn

FaSSIF-C, a Cholesterol containing biorelevant intestinal model medium for development and test of oral drug formulations

Biorelevante Medien sind entwickelt worden, um die Bedingungen im Magen-Darm-Trakt vor und nach der Mahlzeit zu imitieren. Mit FaSSIF und FeSSIF wurden Medien eingeführt, die nicht nur die pH- und Puffer-Kapazität des Dünndarms widerspiegeln, sondern auch Lipid und physiologische Tensid-Arten enthalten. Diese Medien (FaSSIF-V2 und FaSSlFmod6.5) wurden für Bioverfügbarkeitstudien in der Medikamentenentwicklung im Laufe der Jahre kontinuierlich weiterentwickelt. Dennoch sind die auf dem Markt verfügbaren Medien immer noch nicht in der Lage, die realen physiologischen Bedingungen zu simulieren. In der jetzigen Zusammensetzung sind nicht alle Kompetenten enthalten, welche natürlicher Weise im Duodenum vorkommen. Darüber hinaus wird nur eine 1:5 Verdünnung von FeSSIF zu FaSSIF angenommen, die individuelle Wasserzufuhr bei Medikamentengabe wird hierdurch jedoch nur eingeschränkt simuliert, obwohl diese von Patient zu Patient schwanken kann. rnZiel dieser Dissertation war die Verbesserung der Vorhersage der Auflösung und Absorption lipophiler Arzneistoffe durch Simulation der Bedingungen im zweiten Teil des Zwölffingerdarms mit neuen biorelevanten Medien, sowie unter Einwirkung zusätzlicher Detergention als Wirkstoffträger. rnUm den Effekt der Verdünnungsrate und Zeit im Dünndarm zu untersuchen, wurde die Entwicklung der Nanopartikel in der Magen-Darm-Flüssigkeit FaSSIFmod6.5 zu verschiedenen Zeitpunkten und Wassergehalten untersucht. Dafür wurden kinetische Studien an verschieden konzentrierten Modellmedien nach Verdünnungssprung untersucht. Das Modell entspricht der Vermischung der Gallenflüssigkeit mit dem Darminhalt bei variablem Volumen. Die Ergebnisse zeigen, dass Art und Größe der Nanopartikel stark von Verdünnung und Einirkungszeit abhängen. rnrnDie menschliche Darmflüssigkeit enthält Cholesterin, welches in allen früheren Modellmedien fehlt. Daher wurden biokompatible und physiologische Modellflüssigkeiten, FaSSIF-C, entwickelt. Der Cholesteringehalt von FaSSIF - 7C entspricht der Gallenflüssigkeit einer gesunden Frau, FaSSIF - 10C der einer gesunden männlichen Person und FaSSIF - 13C der in einigen Krankheitszuständen. Die intestinale Teilchen-Struktur-Untersuchung mit dynamische Lichtstreuung (DLS) und Neutronen-Kleinwinkelstreuung (SANS) ergab, dass die Korngröße von Vesikeln mit zunehmender Cholesterin-Konzentration abnahm. Zu hohe Cholesterin-Konzentration bewirkte zusätzlich sehr große Partikel, welche vermutlich aus Cholesterin-reichen “Disks“ bestehen. Die Löslichkeiten einiger BCS Klasse II Wirkstoffe (Fenofibrat, Griseofulvin, Carbamazepin, Danazol) in diesen neuen Medien zeigten, dass die Löslichkeit in unterschiedlicher Weise mit der Cholesteringehalt zusammen hing und dieser Effekt selektiv für die Droge war. rnDarüber hinaus wurde die Wirkung von einigen Tensiden auf die kolloidale Struktur und Löslichkeit von Fenofibrat in FaSSIFmod6.5 und FaSSIF -7C untersucht. Struktur und Löslichkeit waren Tensid- und Konzentrations-abhängig. Im Falle von FaSSIFmod6.5 zeigten die Ergebnisse eine dreifache Verzweigung der Lösungswege. Im Bereich mittlerer Tensidkonzentration wurde eine Löslichkeitslücke der Droge zwischen der Zerstörung der Galle-Liposomen und der Bildung von Tensid-reichen Mizellen beobachtet. In FaSSIF - 7C, zerstörten Tenside in höherer Konzentration die Liposomenstruktur trotz der allgemeinen Stabilisierung der Membranen durch Cholesterin. rnDie in dieser Arbeit vorgestellten Ergebnisse ergeben, dass die Anwesenheit von Cholesterin als eine fehlende Komponente der menschlichen Darmflüssigkeit in biorelevanten Medien wichtig ist und dazu beitragen kann, das in vivo Verhalten schwerlöslicher Arzneistoffe im Körper besser vorhersagen zu können. Der Verdünnungsgrad hat einen Einfluss auf die Nanopartikel-Struktur und Tenside beeinflussen die Löslichkeit von Medikamenten in biorelevanten Medien: Dieser Effekt ist sowohl von der Konzentration das Tensids abhängig, als auch dessen Typ.rnrn

Preference for formulations containing calcium and vitamin D(3) in childhood: a randomized-sequence, open-label trial

Children who experience adverse reactions to cow's milk or who have diseases predisposing them to low bone mass are often prescribed a supplementation of calcium and vitamin D(3), but adherence can be poor. Age-specific preferences for different formulations may exist and at least partially explain poor compliance.

Efficacy of chlorhexidine digluconate-containing formulations and other mouthrinses against periodontopathogenic microorganisms

To determine in vitro the action of chlorhexidine digluconate and different commercially available mouthrinses on oral microorganisms.

Critical review of coupled flux formulations for clay membranes based on nonequilibrium thermodynamics

Extensive research conducted over the past several decades has indicated that semipermeable membrane behavior (i.e., the ability of a porous medium to restrict the passage of solutes) may have a significant influence on solute migration through a wide variety of clay-rich soils, including both natural clay formations (aquitards, aquicludes) and engineered clay barriers (e.g., landfill liners and vertical cutoff walls). Restricted solute migration through clay membranes generally has been described using coupled flux formulations based on nonequilibrium (irreversible) thermodynamics. However, these formulations have differed depending on the assumptions inherent in the theoretical development, resulting in some confusion regarding the applicability of the formulations. Accordingly, a critical review of coupled flux formulations for liquid, current, and solutes through a semipermeable clay membrane under isothermal conditions is undertaken with the goals of explicitly resolving differences among the formulations and illustrating the significance of the differences from theoretical and practical perspectives. Formulations based on single-solute systems (i.e., uncharged solute), single-salt systems, and general systems containing multiple cations or anions are presented. Also, expressions relating the phenomenological coefficients in the coupled flux equations to relevant soil properties (e.g., hydraulic conductivity and effective diffusion coefficient) are summarized for each system. A major difference in the formulations is shown to exist depending on whether counter diffusion or salt diffusion is assumed. This difference between counter and salt diffusion is shown to affect the interpretation of values for the effective diffusion coefficient in a clay membrane based on previously published experimental data. Solute transport theories based on both counter and salt diffusion then are used to re-evaluate previously published column test data for the same clay membrane. The results indicate that, despite the theoretical inconsistency between the counter-diffusion assumption and the salt-diffusion conditions of the experiments, the predictive ability of solute transport theory based on the assumption of counter diffusion is not significantly different from that based on the assumption of salt diffusion, provided that the input parameters used in each theory are derived under the same assumption inherent in the theory. Nonetheless, salt-diffusion theory is fundamentally correct and, therefore, is more appropriate for problems involving salt diffusion in clay membranes. Finally, the fact that solute diffusion cannot occur in an ideal or perfect membrane is not explicitly captured in any of the theoretical expressions for total solute flux in clay membranes, but rather is generally accounted for via inclusion of an effective porosity, n(e), or a restrictive tortuosity factor, tau(r), in the formulation of Fick's first law for diffusion. Both n(e) and tau(r) have been correlated as a linear function of membrane efficiency. This linear correlation is supported theoretically by pore-scale modeling of solid-liquid interactions, but experimental support is limited. Additional data are needed to bolster the validity of the linear correlation for clay membranes. Copyright 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Critical Review of Coupled Flux Formulations for Clay Membranes Based on Nonequilibrium Thermodynamics

Extensive research conducted over the past several decades has indicated that semipermeable membrane behavior (i.e., the ability of a porous medium to restrict the passage of solutes) may have a significant influence on solute migration through a wide variety of clay-rich soils, including both natural clay formations (aquitards, aquicludes) and engineered clay barriers (e.g., landfill liners and vertical cutoff walls). Restricted solute migration through clay membranes generally has been described using coupled flux formulations based on nonequilibrium (irreversible) thermodynamics. However, these formulations have differed depending on the assumptions inherent in the theoretical development, resulting in some confusion regarding the applicability of the formulations. Accordingly, a critical review of coupled flux formulations for liquid, current, and solutes through a semipermeable clay membrane under isothermal conditions is undertaken with the goals of explicitly resolving differences among the formulations and illustrating the significance of the differences from theoretical and practical perspectives. Formulations based on single-solute systems (i.e., uncharged solute), single-salt systems, and general systems containing multiple cations or anions are presented. Also, expressions relating the phenomenological coefficients in the coupled flux equations to relevant soil properties (e.g., hydraulic conductivity and effective diffusion coefficient) are summarized for each system. A major difference in the formulations is shown to exist depending on whether counter diffusion or salt diffusion is assumed. This difference between counter and salt diffusion is shown to affect the interpretation of values for the effective diffusion coefficient in a clay membrane based on previously published experimental data. Solute transport theories based on both counter and salt diffusion then are used to re-evaluate previously published column test data for the same clay membrane. The results indicate that, despite the theoretical inconsistency between the counter-diffusion assumption and the salt-diffusion conditions of the experiments, the predictive ability of solute transport theory based on the assumption of counter diffusion is not significantly different from that based on the assumption of salt diffusion, provided that the input parameters used in each theory are derived under the same assumption inherent in the theory. Nonetheless, salt-diffusion theory is fundamentally correct and, therefore, is more appropriate for problems involving salt diffusion in clay membranes. Finally, the fact that solute diffusion cannot occur in an ideal or perfect membrane is not explicitly captured in any of the theoretical expressions for total solute flux in clay membranes, but rather is generally accounted for via inclusion of an effective porosity, ne, or a restrictive tortuosity factor, tr, in the formulation of Fick's first law for diffusion. Both ne and tr have been correlated as a linear function of membrane efficiency. This linear correlation is supported theoretically by pore-scale modeling of solid-liquid interactions, but experimental support is limited. Additional data are needed to bolster the validity of the linear correlation for clay membranes.

Acceptance of two liquid vitamin D₃ formulations among mothers with newborn infants: a randomized, single-blind trial

In Switzerland, children are prescribed 7.5-12.5 μg per day of vitamin D(3) dissolved in alcohol, but many families do not adhere to the recommendation. The aim of the trial was to compare the acceptance of vitamin D(3) dissolved in alcohol or in medium-chain triglycerides among mothers of Swiss newborn infants. The acceptance was tested in 42 healthy newborn infants (20 girls and 22 boys) aged between 2 and 7 days. Their neonatal body weight ranged between 2.225 and 4.150 kg, and the gestational age between 36 1/7 and 41 3/7 weeks. The blinded mothers rated the facial reaction of their children by pointing on a facial hedonic scale. Thirty eight of the 41 mothers, who brought the comparison to completion, assigned a better score to the oily preparation with no difference in the remaining three cases (P < 0.0001). The acceptance for the oily preparation was significantly better both among mothers whose babies were initially presented the alcoholic preparation and among mothers whose babies were initially presented the oily preparation. Furthermore, the acceptance for the oily preparation was better irrespective of gender of the infant or parity of the mother. In conclusion, from the perspective of mothers, Swiss newborn infants prefer the taste of the oily vitamin D(3) preparation over the alcoholic preparation.

Effect on infection resistance of a local antiseptic and antibiotic coating on osteosynthesis implants: an in vitro and in vivo study

The purpose of this study was to acquire information about the effect of an antibacterial and biodegradable poly-L-lactide (PLLA) coated titanium plate osteosynthesis on local infection resistance. For our in vitro and in vivo experiments, we used six-hole AO DC minifragment titanium plates. The implants were coated with biodegradable, semiamorphous PLLA (coating about 30 microm thick). This acted as a carrier substance to which either antibiotics or antiseptics were added. The antibiotic we applied was a combination of Rifampicin and fusidic acid; the antiseptic was a combination of Octenidin and Irgasan. This produced the following groups: Group I: six-hole AO DC minifragment titanium plate without PLLA; Group II: six-hole AO DC minifragment titanium plate with PLLA without antibiotics/antiseptics; Group III: six-hole AO DC minifragment titanium plate with PLLA + 3% Rifampicin and 7% fusidic acid; Group IV: six-hole AO DC minifragment titanium plate with PLLA + 2% Octenidin and 8% Irgasan. In vitro, we investigated the degradation and the release of the PLLA coating over a period of 6 weeks, the bactericidal efficacy of antibiotics/antiseptics after their release from the coating and the bacterial adhesion of Staphylococcus aureus to the implants. In vivo, we compared the infection rates in white New Zealand rabbits after titanium plate osteosynthesis of the tibia with or without antibacterial coating after local percutaneous bacterial inoculations at different concentrations (2 x 10(5)-2 x 10(8)): The plate, the contaminated soft tissues and the underlying bone were removed under sterile conditions after 28 days and quantitatively evaluated for bacterial growth. A stepwise experimental design with an "up-and-down" dosage technique was used to adjust the bacterial challenge in the area of the ID50 (50% infection dose). Statistical evaluation of the differences between the infection rates of both groups was performed using the two-sided Fisher exact test (p < 0.05). Over a period of 6 weeks, a continuous degradation of the PLLA coating of 13%, on average, was seen in vitro in 0.9% NaCl solution. The elution tests on titanium implants with antibiotic or antiseptic coatings produced average release values of 60% of the incorporated antibiotic or 62% of the incorporated antiseptic within the first 60 min. This was followed by a much slower, but nevertheless continuous, release of the incorporated antibiotic and antiseptic over days and weeks. At the end of the test period of 42 days, 20% of the incorporated antibiotic and 15% of the incorporated antiseptic had not yet been released from the coating. The antibacterial effect of the antibiotic/antiseptic is not lost by integrating it into the PLLA coating. The overall infection rate in the in vivo investigation was 50%. For Groups I and II the infection rate was both 83% (10 of 12 animals). In Groups III and IV with antibacterial coating, the infection rate was both 17% (2 of 12 animals). The ID50 in the antibacterial coated Groups III and IV was recorded as 1 x 10(8) CFU, whereas the ID50 values in the Groups I and II without antibacterial coating were a hundred times lower at 1 x 10(6) CFU, respectively. The difference between the groups with and without antibacterial coating was statistically significant (p = 0.033). Using an antibacterial biodegradable PLLA coating on titanium plates, a significant reduction of infection rate in an in vitro and in vivo investigation could be demonstrated. For the first time, to our knowledge, we were able to show, under standardized and reproducible conditions, that an antiseptic coating leads to the same reduction in infection rate as an antibiotic coating. Taking the problem of antibiotic-induced bacterial resistance into consideration, we thus regard the antiseptic coating, which shows the same level of effectiveness, as advantageous.

Effect of mechanical and antiseptic therapy on peri-implant mucositis: an experimental study in monkeys

OBJECTIVES: This experiment was performed to evaluate clinically and histologically the effect of mechanical therapy with or without antiseptic therapy on peri-implant mucositis lesions in nine cynomolgus monkeys. MATERIAL AND METHODS: Two ITI titanium implants were inserted into each side of the mandibles. After 90 days of plaque control and soft tissue healing, a baseline clinical examination was completed. Peri-implant lesions were induced by placing silk ligatures and allowing plaque to accumulate for 6 weeks. The clinical examination was then repeated, and the monkeys were randomly assigned to three treatment groups: group A, mechanical cleansing only; group B, mechanical cleansing and local irrigation with 0.12% chlorhexidine (CHX) and application of 0.2% CHX gel; and group C, control, no treatment. The implants in treatment groups A and B were treated and maintained according to the assigned treatment for two additional months. At the end of the maintenance period, a final clinical examination was performed and the animals were sacrificed for biopsies. RESULTS: The mean probing depths (PD) values at mucositis were: 3.5, 3.7, and 3.4 mm, and clinical attachment level (CAL) = 3.8, 4.1, and 3.9 mm for treatment groups A, B and C, respectively. The corresponding values after treatment were: PD = 1.7, 2.1, and 2.5 mm, and CAL=2.6, 2.6, and 3.1 mm. ANOVA of mean changes (Delta) in PD and CAL after treatment showed no statistical difference between the treatment groups. Comparison of the mean changes in PD and CAL after treatment yielded statistical differences between the control and treatment groups P < 0.01. According to the t-test, no statistical difference was found between treatment groups A and B for the PD reduction but there was a significant difference for the CAL change, P < 0.03. Group A had significantly more recession and less CAL gain than group B. Non-parametric tests yielded no significant differences in modified plaque index (mPlI) and gingival index (GI) after treatment between both treatment groups. Frequencies and percent distributions of the mPlI and GI scores changed considerably for both treatment groups when compared with the changes in the control group after treatment. With regard to the histological evaluation, no statistical differences existed between the treatments for any linear measurement. The proportion of inflammation found in the mucosal tissues of the control implants was greater than the one found for both treatment groups, P < 0.01. More importantly, both treatment groups showed a similar low proportion of inflammation after 2 months of treatment. CONCLUSIONS: Within the limitations of this experiment, and considering the supportive plaque control rendered, it can be concluded that for pockets of 3-4 mm: (1) mechanical therapy alone or combined with CHX results in the clinical resolution of peri-implant mucositis lesions, (2) histologically, both treatments result in minimal inflammation compatible with health, and (3) the mechanical effect alone is sufficient to achieve clinical and histologic resolution of mucositis lesions.

A novel cell compatible impingement system to study in vitro drug absorption from dry powder aerosol formulations

A modified Astra type multistage liquid impinger (MSLI) with integrated bronchial cell monolayers was used to study deposition and subsequent drug absorption on in vitro models of the human airway epithelial barrier. Inverted cell culture of Calu-3 cells on the bottom side of cell culture filter inserts was integrated into a compendial MSLI. Upside down cultivation did not impair the barrier function, morphology and viability of Calu-3 cells. Size selective deposition with subsequent absorption was studied for three different commercially available dry powder formulations of salbutamol sulphate and budesonide. After deposition without size separation the absorption rates from the aerosol formulations differed but correlated with the size of the carrier lactose particles. However, after deposition in the MSLI, simulating relevant impaction and causing the separation of small drug crystals from the carrier lactose, the absorption rates of the three formulations were identical, confirming the bioequivalence of the three formulations.

Incorporation of 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) transforming bacteria into explosive formulations

Pseudomonas putida GG04 and Bacillus SF have been successfully incorporated into an explosive formulation to enhance biotransformation of TNT residues and/or explosives which fail to detonate due to technical faults. The incorporation of the microorganisms into the explosive did not affect the quality of the explosive (5 years storage) in terms of detonation velocity while complete biotransformation of TNT moieties upon transfer in liquid media was observed after 5 days. The incorporated microorganisms reduced TNT sequentially leading to the formation of hydroxylaminodinitrotoluenes (HADNT), 4-amino-2,6-dinitrotoluenes; 2-amino-4,6-dinitrotoluenes, different azoxy compounds; 2,6-diaminonitrotoluenes (2,4-DAMNT) and 2,4-diaminonitrotoluenes (2,6-DAMNT). However, the accumulation of AMDNT and DAMNT (major dead-end metabolites) was effectively prevented by incorporating guaiacol and catechol during the biotransformation process.