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Einfluss von biofilm-konditioniertem Kulturmedium von Staphylococcus aureus und Staphylococcus epidermidis auf inflammatorische Prozesse in primären humanen Osteoblasten
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Veröffentlicht: | 22. Oktober 2019 |
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Fragestellung: Implantat-assoziierte Infektionen sind gekennzeichnet durch eine überwiegende Besiedelung von Staphylococcus aureus (SA) (33%) und Staphylococcus epidermidis (SE) (31%). Beide Biofilmbildner überziehen die Implantatoberfläche mit Biofilm, der dann aufgrund der Gewebereaktionen zu Prothesenlockerungen führen kann. Die Pathogenität des Biofilms wird wesentlich durch zahlreiche Moleküle, z. B. Proteine, Polysaccharide, Lipide, extrazelluläre DNA usw. bestimmt, die der „Organismus Biofilm“ teilweise als Toxine in seine Umgebung abgibt. Die inflammatorische Antwort von primären humanen Osteoblasten (phOB) auf diese prokaryotischen Biofilmsekrete ist noch weitgehend ungeklärt und somit das Ziel unserer Pilotstudie.
Methodik: Von 6 Patienten wurden phOB aus Hüftkopfspongiosa mittels Explant-Methode isoliert und mit osteogenem Medium (OM) kultiviert. Zur Gewinnung von biofilm-konditioniertem Medium (BKM) wurde Biofilm von SA (Stamm 24923) und SE (Stamm 35984) für 48h in OM kultiviert. Das BKM wurde konzentriert (BKM100) und ½ verdünnt (BKM50) verwendet. Zum Nachweis der metabolischen Aktivität der phOB diente der WST-Assay. Die Beurteilung von Interleukin 6 (IL6), Caspase 1 (CASP1), Caspase 3 (CASP3) und Toll Like Rezeptor2 (TLR2) in phOB erfolgte nach 24 bzw. 72h mittels qPCR und der 2- Δ Δ ct Methode. Die Proteinquantifizierung von IL6 und TLR2 erfolgte mittels ELISA. OM ohne Sekretionsprodukte diente als Referenz. Die statistische Analyse wurde mit dem t-Test durchgeführt.
Ergebnisse und Schlussfolgerung: Eine hochsignifikante Hochregulierung von IL6 bei SA war bei BKM50 nach 24h (10fach), nach 72h (12fach), bei BKM100 nach 24h (12fach) und 72h (105fach) messbar. SE zeigte ähnliche Ergebnisse auf niedrigerem Level. Der TLR2 zeigte bei SA und SE mit BKM50 eine zeitunabhängige Hochregulierung (2-5fach), ebenso bei BKM100 (3-4fach). CASP1 und CASP3 zeigte sich bei SE unauffällig, während bei SA die CASP1 zeit-und konzentrationsabhängig hochreguliert war. Ein Rückgang der metabolischen Aktivität war bei SA (25-80%) und SE (2-62%) nachweisbar. Die Quantifizierung der Proteine IL6 und TLR2 zeigte ein uneinheitliches Ergebnis (Abbildung 1 [Abb. 1]).
Diese hochsignifikanten Ergebnisse zeigen deutlich, dass Biofilm-Sekretionsprodukte von SA und SE eine starke zelluläre Reaktion, sowohl inflammatorisch als auch metabolisch auslösen, ohne dass ein direkter Kontakt zwischen Prokaryot und Eukaryot stattgefunden haben muss. Diese neuen Erkenntnisse können von erheblicher Bedeutung für ein besseres Verständnis der zellulären Mechanismen bei Implantatlockerungen sein und dadurch neue Therapiekonzepte möglich machen.