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Etablierung und Validierung eines in vitro Modells der Implantat-assoziierten Infektion
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Veröffentlicht: | 6. November 2018 |
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Fragestellung: Die klinischen Ergebnisse in der Endoprothetik sind gut. Dennoch stellen periprothetische Infektionen ein zunehmendes Problem dar. Ein Schlüsselfaktor bei ihrer Pathogenese ist die Bildung von Biofilmen.
Die vorliegende Studie dient der Etablierung und Validierung eines in vitro Modells der Implantat-assoziierten Infektion.
Methodik: Staphylococcus aureus wurde in LB-Medium mit 0,5% Glucose und 3% NaCl oder in Mineralmedium mit 0,5% Glucose und reduziertem Stickstoffgehalt (0,1%) bei unterschiedlicher Bewegung kultiviert. Zur Anhaftung der Zellen diente der tibiale Anteil einer Knieendoprothese. Nach einer Inkubationszeit von 10 Tagen wurde die Prothese in PBS gewaschen und der entstandene Biofilm mittels Ultraschall abgelöst. Anschließend wurden die Lebendkeimzahl, der Polymergehalt und der Proteingehalt bestimmt. Darüber hinaus erfolgte eine Bestimmung der im Biofilm vorhandenen Proteine mittels MALDI-TOF Massenspektrometrie.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach 10 tägiger Kultivierung in LB-Medium befinden sich auf einer Prothese durchschnittlich 1,49*109 +4,56*108 Kolonie bildende Bakterien. Der isolierte Biofilm besteht aus 0,8+0,008 g Polymer mit einem Molekulargewicht von 48+0,8 kD und 2,28+0,02 g Protein. Kultiviert man hingegen Staphylococcus aureus in Mineralmedium mit reduzierten Stickstoffgehalt, so finden sich nach 10 Tagen nur 4,13*108+1,20*108 Kolonie bildende Bakterien. Der isolierte Biofilm besteht aus 0,912+0,006 g Polymer mit einem Molekulargewicht von 43+ 0,7 kD und 1,08+0,005 g Protein. Die Proteinzusammensetzung beider Biofilme ist dabei ähnlich.
Vergleicht man die beiden in vitro Biofilm Modelle mit Biofilmen aus einer Implantat assoziierten Infektion von S. aureus in vivo (n=8), so finden sich auf den aus dem Patienten entnommenen Prothese nur 1,49*108+1,16*108 Kolonie bildende Bakterien. Der isolierte Biofilm besteht aus 0,4 +0,0041g Polymer mit einem Molekulargewicht von 42 +0,61kD und 1,28+0,0025 g Protein. Im Gegensatz zu den in vitro Modellen finden sich in vivo andere Proteine.
Zusammenfassend stellt das Modell ein wertvolles Instrument zur Untersuchung von Implantat assoziierten Biofilmen dar. Im Vergleich zu in vivo gereiften klinischen Explantaten finden sich allerdings relevante Unterschiede.