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German Congress of Orthopaedics and Traumatology (DKOU 2021)

26. - 29.10.2021, Berlin

Einfluss der Biofilmbildung von Staphylokokken auf den Immunstoffwechsel von Makrophagen

Meeting Abstract

  • presenting/speaker Elisabeth Seebach - Universitätsklinikum Heidelberg, Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Heidelberg, Germany
  • Stella Cavicchioli - Universitätsklinikum Heidelberg, Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Heidelberg, Germany
  • Katharina F. Kubatzky - Universitätsklinikum Heidelberg, Medizinische Mikrobiologie und Hygiene, Heidelberg, Germany

Deutscher Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU 2021). Berlin, 26.-29.10.2021. Düsseldorf: German Medical Science GMS Publishing House; 2021. DocAB63-1167

doi: 10.3205/21dkou390, urn:nbn:de:0183-21dkou3904

Published: October 26, 2021

© 2021 Seebach et al.
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Text

Fragestellung: Implantat-assoziierte Knocheninfektionen sind eine schwere Komplikation in der orthopädischen Chirurgie. Chronische Verläufe sind dabei mit der Ausbildung von bakteriellen Biofilmen auf der Oberfläche des Implantats verbunden. Die Biofilmumgebung fördert eine verstärkt anti-inflammatorische Makrophagenantwort, welche das Überleben der Bakterien begünstigt. Die Polarisierung der Makrophagen in einen pro- oder anti-inflammatorischen Phänotyp wird hierbei maßgeblich durch den Stoffwechsel der Zellen geprägt.

Ziel der Studie ist es zu untersuchen, ob und wie die Biofilmbildung von Staphylokokkus aureus (SA) und epidermidis (SE) den Stoffwechsel von Makrophagen und damit deren Immunphänotyp beeinflusst.

Methodik: SA und SE wurden sowohl planktonisch (Schüttelkultur) als auch als Biofilme (statisch über 6 Tage) in Zellkulturmedium kultiviert. RAW 264.7 Makrophagen wurden mit den konditionierten Medien der unterschiedlichen Staphylokokkenkulturen (KM, 1:1 eingesetzt mit frischem Zellkulturmedium) stimuliert. Anschließend wurden die Stoffwechselaktivität der Makrophagen (Gkykolyse vs. Zitratsäurezyklus/Atmungskette) sowie der Immunphänotyp der Zellen (pro- vs. anti-inflammatorisch) untersucht. Die statistische Auswertung der Ergebnisse erfolgte mit n=4-6 mittels Mann-Whitney U Test.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die KM aus den Biofilmkulturen wiesen im Gegensatz zu den KM aus den planktonischen Kulturen eine hohe Konzentration an von den Bakterien freigesetztem Laktat auf. Die Stimulierung der Makrophagen mit Plankton- sowie Biofilm-KM führte zu einer verstärkten Laktatfreisetzung der Zellen, welche in den planktonischen Medien signifikant höher war. Der Glykolysemarker Phospho-4E-BP1 war sowohl in den mit Plankton- als auch mit Biofilm-KM stimulierten Zellen erhöht. Die RNA und Proteinspiegel der Laktatdehydrogenase (LDHA) und des Laktattransporters (MCT-1) blieben unverändert. Zusätzlich war in den Makrophagen nach Stimulierung mit den KM aus Plankton- sowie Biofilmkulturen eine erhöhte Mitochondrienaktivität nachweisbar. Diese war im KM aus der SE Biofilmkultur am stärksten ausgeprägt. Die Proteinspiegel der Atmungskettenkomplexe waren unverändert. Das Zytokinprofil der Zellen deutete auf einen eher pro-inflammatorischen Makrophagenphänotyp hin. Unsere Ergebnisse weisen darauf hin, dass die Stimulierung der Makrophagen sowohl mit Plankton- als auch Biofilm-KM zu einer verstärkten aeroben Glykolyse (Warburg-Effekt) und Pro-Inflammation führt. Jedoch zeigte sich in den mit KM aus der SE Biofilmkultur stimulierten Makrophagen gleichzeitig ein Trend zu höherer Mitochondrienaktivität (Zitratsäureyzklus/Atmungskette), die üblicherweise mit verstärkter Anti-Inflammation verbunden wird. Dies könnte durch die hohe Laktatkonzentration in den KM aus den Biofilmkulturen bedingt sein.

Unsere Daten zeigen, dass die Biofilmumgebung den Stoffwechsel von Makrophagen beeinflusst und dieser somit ein Ziel für einen immuntherapeutischen Behandlungsansatz gegen Implantat-assoziierte Knocheninfektionen sein kann.