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Fragestellung: Ca. 70% aller Infektionen in der Orthopädie entstehen implantat-assoziiert durch die Biofilmbildner Staphylococcus aureus (S.aureus) und epidermidis. Die Pathogenität von Biofilmen wird wesentlich bestimmt durch die Sekretion von einer Vielzahl von Molekülen (Proteine, Polysaccharide, Lipide, extrazelluläre DNA, usw.), die u.a. inflammatorische Prozesse auslösen und so die Knochenhomöostase negativ beeinflussen oder zu Prothesenlockerungen führen können. Der Einfluss der Biofilmsekrete, die als Toxine arbeiten, auf zelluläre Abläufe in primären humanen Osteoblasten (HOB) wie Zellmetabolismus und Zelltod sind noch nicht ausreichend geklärt und somit das Ziel unserer Pilotstudie.

Methodik: Von 3 Patienten wurden humane Osteoblasten aus Hüftkopfspongiosa mittels Explant-Methode isoliert und mit osteogenem Medium kultiviert. Zur Herstellung des biofilm-konditionierten Mediums (BCM) wurde mit S. aureus (Stamm 24923) über 4 Tage Biofilm hergestellt, dieser in osteogenem Kulturmedium für 72h inkubiert und steril filtriert. Zum Nachweis der metabolischen Aktivität (WST-Assay), Ermittlung der Zellzahl (Cyquant) und zum Nachweis der Apoptose (Genexpression von Caspase 1 und 8) wurden die Zellen in einer Dichte von 10000/cm² ausgesät und 24 bzw. 72 h mit BCM unverdünnt (K1) und 50% verdünnt (K2) inkubiert. Kulturmedium ohne Biofilm diente als Kontrolle. Die statistische Analyse wurde mit dem t-Test durchgeführt.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach 24h Inkubation mit BCM (K 1) zeigte die metabolische Aktivität im Vergleich zur Kontrolle eine Abnahme um 95%, während die Zellzahl im Vergleich zur Kontrolle eine Reduzierung von 20% ergab. Nach 72h zeigte die metabolische Aktivität einen weiteren Rückgang um 3% im Vergleich zum 24h Wert, während bei der Zellzahl innerhalb von 72h eine Abnahme um 50% nachgewiesen werden konnte. Mit BCM (K2) war nach 24 und 72h die metabolischen Aktivität um 20% bzw. 50% reduziert und eine Abnahme der Zellzahl nachweisbar. Bei allen Patienten konnten keine signifikanten Ergebnisse der Caspasen 1 und 8 zur Ermittlung der Apoptose gemessen werden.

Diese hochsignifikanten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Effekte des prokaryotischen BCM auf den eukaryotischen Zellmetabolismus und Zellzahl in HOB sowohl abhängig von der BCM Konzentration als auch der Inkubationsdauer ist. Die Ergebnisse der Genexpression von Caspase 1 und 8 könnten darauf hindeuten, dass eher nekrotische Prozesse oder die Caspase-unabhängige Apoptose eine Rolle spielen. Zur genaueren Abklärung dieser Fragen werden zurzeit ergänzende Untersuchungen an unserer Klinik durchgeführt.