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Fragestellung: Hauptverursacher für implantatassoziierte Infektionen sind die Biofilmformer Staphylococcus aureus (SA) und Staphylococcus epidermidis (SE). Die unterschiedliche Pathogenität der Biofilme wird im Wesentlichen durch die keimspezifische Sekretion zahlreicher löslicher Faktoren (Proteine, Polysaccharide, Lipide, Enzyme und extrazelluläre DNA), die als Toxine arbeiten, bestimmt. Auf Grund der hohen Infektionsraten dieser Keime ist es erforderlich, den Fokus auf den Einfluss dieser löslichen Biofilmfaktoren zu lenken, jedoch, ohne dass ein direkter Kontakt zwischen Osteoblast und Keim stattgefunden hat. Ziel der Pilotstudie war, den Einfluss der löslichen Biofilmfaktoren von S. aureus und S. epidermidis auf Proliferation und Prozesse der osteogenen Differenzierung in humanen primären Osteoblasten (hOB) zu untersuchen.

Methodik: Von 5 Patienten wurden hOB aus Hüftkopfspongiosa isoliert und mit osteogenem Medium (OM) kultiviert. Zur Herstellung der löslichen Biofilmfaktoren (SBF) wurde mit S. aureus (ATCC 25923) (SA) und S. epidermidis (ATCC 35984) (SE) über 4 Tage ein Biofilm in OM kultiviert. Die SBF wurden konzentriert (SBF100) oder 1:1 verdünnt (SBF50) verwendet und 24h oder 72h inkubiert. Die Zellzahl der hOB wurde indirekt mit der DNA Quantifizierung gemessen, die Genexpression von RUNX2, ALPL, COL1A1, BGLAP und SPP1 detektiert. Zum Nachweis der osteogenen Differenzierung wurde das Calcium mit Alizarin Red S und das Phosphat mittels von Kossa nach 28 d gefärbt. OM ohne SBF diente als Kontrolle (KO). Die statistische Analyse erfolgte mit dem one sample t-Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Nach Inkubation von 24h und 72h mit SBF wurde keimabhängig eine stark reduzierte DNA Quantität gemessen. Die Genexpression zeigte keim- konzentrations- und zeitabhängig unterschiedliche Ergebnisse: COL1A1 und ALPL waren bis zu 80% herunterreguliert, RUNX2 teilweise bis zu 50%. SPP1 zeigte mit SA SBF100 eine bis zu 7-fache Hochregulierung, BGLAP ergab mit SE SBF eine bis zu 3-fache Hochregulierung. Deutliche Unterschiede zwischen SA und SE zeigte der Calciumnachweis, der von SA nur leicht beeinflusst war.Jedoch war nach Inkubation mit SE SBF100 und SBF50 bei allen Patienten ein stark reduzierter Calciumeinbau zu beobachten. Das Phosphat war von SE SBF100 nur leicht beeinflusst.

Nach unserem Kenntnisstand zeigt diese Studie erstmalig einen negativen Einfluss der löslichen SBF des S. epidermidis auf Prozesse der osteogenen Differenzierung, speziell der Mineralisierung in vitro. Der Calciumeinbau war sowohl patientenspezifisch als auch keim- und konzentrationsabhängig stark bis sehr stark reduziert. Ein besseres Verständnis dieser Effekte könnte zu neuen und/oder erweiterten Therapieoptionen führen.

Abbildung 1 [Abb. 1]