Hintergrund: Bei der Behandlung mikrobieller Infektionen durch lokale Antiseptika und systemische antimikrobielle Therapeutika stellen insbesondere multiresistente Keime ein zunehmendes Problem dar. Für die Pathogenese medikamentenassoziierter Osteonekrosen des Kiefers spielen pathogene Mikroorganismen bzw. mikrobielle Biofilme eine wesentliche Rolle. Kaltes atmosphärisches Plasma (CAP) bietet in diesem Zusammenhang einen vielversprechenden Ansatz, da es auch gegen entsprechende Pathogene wirksam ist und zudem das Potenzial hat, Regenerationsmechanismen im behandelten Gewebe zu stimulieren. Das Ziel der vorliegenden Untersuchung war es, die antibakterielle Wirksamkeit zwei verschiedener Plasmaquellen, einem Plasma-Jet und einer DBD-Quelle, in mit bakteriellen Biofilmen kontaminiertem spongiösem porcinem und humanem Knochen zu untersuchen. Methodik: Jeweils 120 porcine und humane spongiöse Knochenzylinder wurden mit S. mitis-Biofilmen beschickt. Hierbei wurden je drei randomisiert selektierte Knochenproben in einem Technovitblock vertikal übereinander positioniert, sodass nur die Oberflächen der obersten Proben exponiert blieben. Die Proben wurden daraufhin mit einem Plasma- Jet (CAPI), Dielectric-Barrier-Discharge-Plasma (CAPII), Chlorhexidin (CHX), photodynamischer Lasertherapie (PDT) oder Natriumchloridlösung als Negativkontrolle (C) behandelt. Anschließend erfolgte die Planktonisation der Bakterien und die Ermittlung der Zahl koloniebildender Einheiten (CFU). Die statistische Auswertung erfolgte mittels Mann-Whitney-U-T est. Ergebnisse: Nach der Anwendung von CAPI zeigte sich eine signifikante Reduktion der medianen logCFU/ml in der ersten Schicht I (0 – 3000 μm) bei den porcinen und humanen Proben im Vergleich zur Negativkontrolle (CAPI vs C; Schicht I: pporcin= 0,001; phuman = 0,007 [Mann-Whitney-U-Test]). Außerdem bewirkte CAPI in der ersten Schicht signifikant reduzierte CFU-Zahlen sowohl im Vergleich zu DBD-Plasma als auch PDT (CAPI vs CAPII; Schicht I: pporcin = 0,001; vs PDT; Schicht I: pporcin = 0,001; phuman = 0,002). In Schicht II des porcinen Knochens resultierte die Applikation von CAPI gegenüber CAPII in signifikant kleineren CFU-Zahlen von S. mitis (CAPI vs CAPII; Schicht II: pporcin = 0,002;). Im porcinen und humanen Knochen in Schicht III (6000 - 9000 μm) war zudem eine signifikante Reduktion der CFU-Zahlen durch CAPI verglichen mit der Negativkontrolle nachweisbar (CAPI vs C; Schicht III: pporcin = 0,002; phuman = 0,038). CAPII bewirkte in keiner Schichttiefe eine signifikante Reduktion der CFU-Zahlen in Relation zu PDT, CHX oder C (p > 0,05). Abstract 6 Zusammenfassung: Eine adjuvante Applikation von CAP zur Behandlung von infiziertem Knochen erscheint zunächst vielversprechend. Allerdings deuten die Ergebnisse der vorliegenden Studie an, dass die antibakterielle Wirksamkeit von der Art der untersuchten Plasmaquelle abhängig ist, sodass sich hieraus Ansätze für weiterführende Untersuchungen ergeben.
Background: Despite strong efforts to combat infections, conventional treatments are sometimes insufficient due to the rising problem of microbial resistance. In case of medication-related osteonecrosis of the jaw microbial contamination and biofilm formation are part of the pathological mechanism. As cold atmospheric plasma (CAP) has antimicrobial effects even against multiresistant germs and promotes wound healing mechanisms, it appears to be a promising addition to traditional therapies in order to face the impediments mentioned above. Thus, the purpose of the present study was to investigate the antibacterial efficacy of CAP against bacterial biofilms in porcine and humane bone. Methods: First out of each, 120 porcine and 120 human cancellous bone cylinders, groups of three samples were randomly formed and arranged to vertical triplets. Secondly, the specimens were embedded into resin blocks, and incubated with S. mitis biofilms. Subsequently, the upside of the superficial sample was exposed to either CAP emitted by a plasma jet (CAPI) or a dielectric barrier discharge device (CAPII), photodynamic laser therapy (PDT), chlorhexidine mouthwash (CHX) or saline solution as negative control (C). After planctonizing the bacteria the numbers of colony-forming units (CFU) were counted. Statistical analysis was performed using Mann-Whitney-U-test. Results: After treatment with CAPI the median logCFU/ml in the superficial (0 – 3000 μm) and the deepest specimens (6000 – 9000 μm) of porcine and human bone samples were significantly lower than in the control group (CAPI vs C; layer I: pporcine = 0.001; phuman = 0.007; layer III: pporcine = 0.002; phuman = 0.038 [Mann-Whitney-U-test]). Furthermore, the CFU-counts were significantly lower after using CAPI compared to CAPII and PDT in layer I (CAPI vs CAPII; layer I: pporcine = 0.001; vs PDT; layer I: pporcine = 0.001; phuman = 0.002). In layer II of the porcine bone (3000 – 6000 μm) CAPI resulted in significantly lower numbers of S. mitis compared to CAPII (CAPI vs CAPII; layer II: pporcine = 0.002;). The utilization of CAPII resulted in no significant reduction of the median logCFU/ml in the porcine or the human bone in any layer compared to PDT, CHX or C (p > 0.05). Conclusion: CAP appears to be promising in order to contribute to the antibacterial therapy of infected bone, even though the antimicrobial efficacy seems to vary between different plasma sources. The clinical impact of the obtained results needs to be assessed in further studies.
