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German Congress of Orthopedic and Trauma Surgery (DKOU 2017)

24.10. - 27.10.2017, Berlin

Lokale Bildung von Silberchlorid durch Auflösung antibakterieller Silberschichten

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Adham Abuayyash - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Universitätsklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Nadine Ziegler - Ruhr-Universität Bochum, Institut für Werkstoffe, Werkstoffe der Mikrotechnik, Bochum, Germany
  • Siyamak Memar Javid - Ruhr-Universität Bochum, Institut für Werkstoffe, Werkstoffe der Mikrotechnik, Bochum, Germany
  • Alfred Ludwig - Ruhr-Universität Bochum, Institut für Werkstoffe, Werkstoffe der Mikrotechnik, Bochum, Germany
  • Thomas Schildhauer - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Universitätsklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany
  • Manfred Köller - BG Universitätsklinikum Bergmannsheil, Chirurgische Universitätsklinik, Chirurgische Forschung, Bochum, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2017). Berlin, 24.-27.10.2017. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2017. DocPO25-421

doi: 10.3205/17dkou807, urn:nbn:de:0183-17dkou8071

Published: October 23, 2017

© 2017 Abuayyash et al.
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Fragestellung: Zur Verhinderung von Implantat-assoziierten Infektionen können antibakterielle Oberflächen auf orthopädischen Metallimplantaten durch gezielte Strukturierung und Funktionalisierung generiert werden. Die Inhibition der initialen bakteriellen Kolonisierung vermeidet die meisten dieser Infektionen und reduziert die Biofilm-Bildung. Wegen steigender Antibiotikaresistenzen der besiedelnden Keime werden auch antibakteriell-wirkende Materialien wie Silber dafür verwendet. Durch oxidative Freisetzung von Silberionen werden antibakteriellen Eigenschaften bei ausreichend hoher Silbermenge initiiert. Der weitere Stoffwechselweg der Silberionen in biologischer Umgebung ist noch unzureichend verstanden.

Deswegen wurde hier Silber-Dot-System (Ag/Platin-Gruppen-Element) eingesetzt, um lokal die Auflösungs-Reaktionen in bakterieller und humaner Zellkultur zu erfassen.

Methodik: Silber-Dot-Arrays (5mm x 5mm, 16 bis 400 dots/mm2) wurden auf Dünnschichten von Titan (Ti) oder Platin (Pt), Palladium (Pd) bzw. Iridium (Ir) durch Magnetron-Sputter- und photolithographischem Lift-Off-Verfahren hergestellt. Bakterienkulturen wurden mit Staphylococcus aureus (DSMZ 1104) in BHI-Medium angesetzt, humane Zellkulturen mit mesenchymalen Stammzellen (MSC) in RPMI/10% FCS.

Inkubation der Arrays in den Medien allein oder mit Bakterien bzw. MSC erfolgte für 24 h bis 7 Tage. Silberfreisetzungen in Überständen wurden mittels Atomabsorptionsspektroskopie (AAS) quantifiziert. Die Oberflächenanlysen erfolgten mit Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX). Die Viabilität von MSC wurde fluoreszenzmikroskopisch (Calcein-AM) gemessen. Die bakterielle Proliferation wurde nach Ausstrich auf Blutagarplatten quantifiziert.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Verglichen zu Ag-Dots auf Ti konnte eine signifikante Steigerung der antibakteriellen Aktivität von Ag-Dots auf Pt, Pd und Ir gemessen werden, wobei Ag auf Ir den stärksten Effekt korrelierend zur höchsten Silberfreisetzung hatte. Rasterelektronische Analysen zeigten direkt auf den auflösenden Dots die Bildung von Mikro-Kristallstrukturen. Je nach verwendetem Medium (BHI bzw. RPMI/FCS) wurden stäbchen-, quader- oder dendritische Formen gefunden. Elementanalyse über EDX-Mapping ergab Ag- und Cl-Signale, so dass damit Silberchlorid-Kristalle identifiziert wurden. Die antimikrobielle Aktivität der Arrays war trotz der Kristall-Bildung unverändert. Ansätze ohne lebende Zellen (Bakterien oder MSC) zeigten keine AgCl-Kristallbildung.

Diese Ergebnisse zeigen, dass in biologischer Umgebung die Silberchlorid-Bildung eine zentrale Zwischenstufe der antimikrobiellen Silberaktivität darstellt, wobei die Rolle von Bakterien und Gewebszellen für die Kristallformation bisher unverstanden ist.