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Untersuchung der Wirksamkeit und Zytotoxizität eines neuartigen antimikrobiellen Peptids
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Autoren
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Nicole Bormann
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, BCRT, CMSC, Berlin, Germany
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Larissa Schön
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, BCRT, CMSC, Berlin, Germany
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Stefanie Kasper
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, BCRT, CMSC, Berlin, Germany
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Kai Hilpert
- St George's University of London, London, United Kingdom
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Rudolf Volkmer
- Charité - Universitätsmedizin Berlin, Berlin, Germany
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Annette Moter
- Biofilmzentrum des Deutschen Herzzentrums, Berlin, Germany
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Britt Wildemann
- Charité-Universitätsmedizin Berlin, Julius Wolff Institut, BCRT, CMSC, Berlin, Germany
| Veröffentlicht: | 5. Oktober 2015 |
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Gliederung
Text
Fragestellung: Infektionen des Knochens sind eine schwerwiegende Komplikation und besonders die Biofilmbildung auf Implantaten stellt eine Herausforderung im klinischen Alltag dar. Antimikrobielle Peptide könnten eine Alternative zu den klassischen Antibiotika darstellen, da sie ein breites Wirkspektrum aufweisen, Biofilme durchdringen sollen und eine geringe Resistenzentwicklung vermutet wird.
Mit dieser Studie sollte die Frage nach der minimalen Hemmkonzentration (MHK)/minimalen bakteriziden Konzentration (MBK), der Wirksamkeit auf Biofilme und der Zytotoxizität eines neuartigen antimikrobiellen Peptids (AmP) beantwortet werden.
Methodik: Das Peptid wurde mittels SPOT-Synthese an Cellulose synthetisiert und ist eine Modifikation des natürlichen kationischen Peptides Bactenecin [1].
Die Bestimmung der MHK/MBK erfolgte mit E. coli, P aeruginosa, S. epidermidis, S. aureus und E. faecalis (n=8) und einer seriellen Verdünnung des AmPs ab 266,5 µg/ml.
Die Wirksamkeit von verschiedenen AmP-Konzentrationen auf S. epidermidis Biofilme wurde mittels DAPI-Färbung und Fluoreszenz-in situ-Hybridisierung (FISH) visualisiert.
Die Zytotoxizität des AmPs wurde an humanen primären Osteoblasten (hPOB) durch Bestimmung der metabolischen sowie alkalischen Phosphatase Aktivität (AP) untersucht (n=6). Weiterhin wurde der Einfluss auf die Differenzierung der hPOB mittels AP- und Alizarin Red-Färbung und auf Genexpressionsebene mittels qRT-PCR analysiert.
Ergebnisse: Das AmP zeigte eine wachstumshemmende Wirkung auf alle Testkeime im Konzentrationsspektrum von 4,2 bis 33,3 µg/ml. Die Bestimmung der MBK ergab Werte von 8,3 bis 133 µg/ml.
Bei der Biofilmanalyse konnte eine deutliche Abnahme der Gesamtfläche und eine Veränderung der Struktur (porös) des Biofilms im Vergleich zu unbehandelten Proben detektiert werden.
Bis zur Konzentration von 266,5 µg/ml trat kein Verlust der metabolischen und der AP-Aktivität im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle auf. Weiterhin zeigte sich kein negativer Einfluss auf die osteogene Differenzierung. Die Genexpression des osteogenen Markers RUNX2 sowie der extrazellulären Matrixproteine AP, Osteocalcin, Osteopontin und Kollagen I waren nicht durch das AmP beeinträchtigt.
Schlussfolgerung: Das AmP wies eine bakterizide Wirkung bei allen Testkeimen auf, ohne in der wirksamen Konzentration zytotoxisch auf osteoblastäre Zellen zu wirken. Ebenso zeigten die ersten Versuche einen zerstörenden Einfluss auf den bakteriellen Biofilm. Somit zeigt diese Studie das große Potential von AmPs als Alternative zu Antibiotika.
