Diese in vitro Studie zur Eradikation von Methicillin-resistentem Staphylococcus aureus (MRSA) und Methicillin-resistentem Staphylococcus epidermidis (MRSE) Biofilmen durch fünf verschiedene bioaktives Glas (BAG) S53P4 Formulierungen liefert positive Ergebnisse, die einen Beitrag zur Verbesserung der Behandlung von Osteomyelitis leisten könnten. Getestet wurden Puder (<45 μm), Granulat (500–800 µm), zwei Pasten – die Granulat ohne Puder (Paste A) oder zusätzlich Puder (Paste B) enthalten – und ein aus Granulat geformter kegelförmiger Block. Als Kontrollgruppen wurden inaktives Kalk-Natron-Glas und das in den Pasten enthaltene Bindemittel inkludiert. Zur Analyse der Eradikationseffektivität wurden MRSA- und MRSE-Biofilme auf porösen Glasperlen kultiviert und anschließend mit BAG für 24 h, 72 h oder 168 h inkubiert. Nach der Exposition des Biofilms gegenüber BAG wurden die im Biofilm verbliebenen Bakterien mittels isothermer Mikrokalorimetrie nachgewiesen. Eine Kombination von BAG und Vancomycin in Höhe der minimalen Hemmkonzentration (MHK) wurde ebenfalls getestet. Für die verwendete Materialkonzentration von 1750 mg/ml wurden ebenfalls die Veränderungen des pH-Wertes und osmotischen Drucks dokumentiert. Alle getesteten BAG-Formulierungen wiesen eine Antibiofilmwirkung auf, wobei die Effektivität je nach Formulierung und Inkubationszeit variierte. Dabei zeigten Puder, die puderhaltige Paste B und Granulat eine vergleichsweise stärkere Effektivität als die Paste A ohne Puder oder der aus Granulat geformte Block. Die Effektivität steigt mit längerer Inkubationszeit. Eine Materialkontrolle aus inaktivem Kalk-Natron-Glas führte nicht zu einer Beeinflussung des Biofilms, während das getestete Bindemittel allein, das in den BAG-Pasten enthalten ist, sowohl MRSA- als auch MRSE-Biofilme eradizierte. Die Studie zeigt, dass Vancomycin zu den BAG-Formulierungen hinzugefügt werden kann, ohne deren Wirkung zu beeinträchtigen. Ein synergistischer Effekt wurde jedoch nicht nachgewiesen. Außerdem wurde eine direkte Korrelation des pH-Wertes mit der Antibiofilmeffektivität von BAG nachgewiesen. Eine hohe Osmolalität wurde vor allem in den untersuchten Pasten beobachtet. Es wurde keine direkte Korrelation zwischen Osmolalität und Biofilmaktivität festgestellt, was auf eine komplexere Relation zwischen beiden Parametern hindeutet. Zusammenfassend zeigt BAG in Abhängigkeit von Partikelgröße und Inkubationszeit eine effektive Eradikation von Biofilmen. Ein synergistischer Effekt in der kombinierten Anwendung mit Vancomycin wurde nicht beobachtet. Ein starker Anstieg des pH-Wertes korrelierte mit einer erhöhten Antibiofilmwirkung, während die Rolle der Osmolalität weiter untersucht werden muss. Die Studie zeigt, dass BAG das Potential zur Eradikation von Biofilmen hat, die Applikationsform und deren chemische Eigenschaften aber unbedingt berücksichtigt werden sollten.
This in vitro study on the eradication of methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) and methicillin-resistant Staphylococcus epidermidis (MRSE) biofilms by five different bioactive glass (BAG) S53P4 formulations provides promising results that could contribute to improving the treatment of osteomyelitis. Powder (<45 μm), granules (500-800 μm), two puttys – one containing granules without powder (Putty A) or additionally powder (Putty B) – and a cone-shaped scaffold formed from granules were included. Inactive soda-lime glass and the binder contained in the puttys were included as control groups. To analyze the eradication activity, MRSA and MRSE biofilms were cultivated on porous glass beads and then incubated with BAG for 24 h, 72 h or 168 h. After biofilm exposure to BAG, the remaining bacteria in the biofilm were detected by isothermal microcalorimetry. A combination of BAG and vancomycin at the minimum inhibitory concentration (MIC) was also analyzed. The changes in pH and osmotic pressure were documented for the selected material concentration of 1750 mg/ml. All BAG formulations tested showed antibiofilm efficacy, although the effectiveness varied depending on the formulation and incubation time. Powder, powder-containing putty B and granules were comparatively more effective than putty A without powder or the scaffold. The effectiveness increased with longer incubation time. A material control of inactive soda-lime glass did not affect the biofilm, while the binder, which is included in the putty formulations, eradicated both MRSA and MRSE biofilms when tested alone. The study shows that vancomycin can be added to the BAG materials without impairing their effect. However, a synergistic effect was not observed. Furthermore, a direct correlation of the pH value with the antibiofilm effectiveness of BAG was demonstrated. A high osmolality was mainly observed for the putty formulations and the binder. No direct correlation was found between osmolality and antibiofilm activity, suggesting a more complex relationship between the two parameters. In summary, BAG shows effective eradication of biofilms depending on particle size and incubation time. A synergistic effect in the combined application with vancomycin was not observed. A strong increase in pH correlated with an increased antibiofilm effect, while the role of osmolality must be further investigated. The study shows that BAG has the potential to eradicate biofilms, but the form of application and its chemical properties should be taken into consideration.
