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Fragestellung: Periprothetische Infektionen durch Biofilm-bildende Bakterien stellen eine schwerwiegende Komplikation sowohl nach endoprothetischem Gelenkersatz als auch nach osteosynthetischer Frakturversorgung dar, die durch erhöhte Morbidität und Mortalität gekennzeichnet sind und einen entsprechenden sozioökonomischen Impact aufweisen.

Nicht-thermisches Plasma (NTP) – ein ionisiertes Gas – stellt über die Bildung reaktiver Sauerstoff- und Stickstoffspezies ein spannendes medizinisches Forschungsfeld dar [1], [2]. NTP weist z.B. eine antimikrobielle Wirkung ohne bislang nachgewiesene Resistenzen auf und stellt somit ein günstiges potenzielles Tool in der Prophylaxe und Behandlung lokalisierter bakterieller Infektionen dar.

Ziel dieser Arbeit ist, die toxischen Effekte von NTP zunächst gegenüber physiologischem Knochengewebe und nachfolgend gegenüber Biofilmen zu evaluieren.

Methodik: Mithilfe des kINPen MED (CE-zertifiziert) wurde Ringer-Laktat-Lösung (RiLac) mit NTP behandelt. Die Behandlungsdauer ist hierbei proportional zur Radikalkonzentration, sodass durch Verdünnung eine Konzentrationsreihe erstellt wurde. Dann wurde der Einfluss von NTP auf Zell Viabilität (MTT), Zellproliferation (BrdU), Zytotoxizität (LDH) und Zellmigration (Scratch-Assay) von Osteoblasten (MG-63, primäre Osteoblasten) untersucht. Anschließend wurden reife Biofilme (Staphylokokken) mit NTP behandelt und auf ihre Integrität und Zellzahl untersucht.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Osteoblasten weisen eine dosisabhängige Resistenz gegenüber NTP auf. Bei 5-minütiger Plasmabehandlung von RiLac und 30-minütiger Inkubationszeit zeigt sich eine signifikante Reduktion der Zellviabilität (-59,65% p=0,00001). Dies gilt auch in der 1:4-Verdünnung (V1: -38,47% p=0,002), und als Trend auch bei einer 1:16 Verdünnung (V2: -11,95% p=0,051). Die Zellproliferation der Osteoblasten ist nach NTP-Exposition nahezu aufgehoben (-95,38% p=0,0001), wobei dies nicht für die Verdünnungsstufen gilt (V1: -16,1% p=0,25; V2: +4,9% p=0,45). Auch ein Anstieg der Zelltoxizität konnte nur bei hoher Radikalkonzentration nachgewiesen werden (+18,8%, p=0,02; V1: +2,2% p=0,70; V2: -3,16% p=0,40).

In Bezug auf die Migration zeigte sich im Scratch-Assay ein vollständiger Verschluss des Spaltes bei den Kontrollen und bei V2 nach 96 Stunden. Bei der unverdünntenGruppe (136,56% Spaltöffnung p=0,01) und V1 (92,72% Spaltöffnung p=0,003) lag eine signifikant eingeschränkte Zellmigration vor.

Auf reifen Biofilmen gelang qualitativ eine deutliche Reduktion der Biofilmmasse durch Exposition gegenüber NTP (V2). Eine quantitative Analyse ist zum Zeitpunkt der Abstracteinreichung noch ausstehend und wird zum Kongress präsentiert.

NTP führt zu einer Degradation von Biofilmen ohne negative Effekte auf Osteoblasten zu verursachen. Die additive Nutzung von NTP hat das Potential die chirurgische Radikalität bei septischen Revisionseingriffen zu steigern und den Antibiotikaeinsatz entsprechend zu reduzieren.