Adhäsionscharakteristika von Bakterien und Biofilmbildung auf verschiedenen Implantatmaterialen für intervertebrale Cages

Einleitung Infektionen der Wirbelsäule sind eine seltene Pathologie mit steigender Inzidenz, in der eine chirurgische Versorgung mehr und mehr empfohlen wird. Bis heute gibt es keine eindeutige Empfehlung welche Implantatmaterialien in Infektsituationen überlegen sind. Das Ziel dieser Studie war ein Vergleich der Adhäsionscharakteristika verschiedener Bakterien an PEEK- und Titan-Cages in vitro.

Methoden Plättchen aus PEEK, poliertem Titan (Ti) und Titan mit zwei unterschiedlichen Oberflächen (angeraut und porös strukturiert; TiMe) sowie Original-PEEK- und -Titan-Cages (TiLi) wurden in Bakterienlösungen mit S. aureus (MSSA, MRSA), S. epidermidis und E. coli beimpft. Das Wachstumsverhalten wurde nach Lösung im Ultraschallbad analysiert, Biofilm und Bakterien wurden unter einem Konfokallaser- und Crossbeam-Elektronenmikroskop dargestellt.

Ergebnisse Plättchen: Signifikante Unterschiede der colony forming units (CFU) bestanden für PEEK/Ti (p = 0,04) und Ti/TiMe (p = 0,004) nach 80 h für S.epidermidis mit 67,7 vs. 7,0 und 7,0 vs. 40,3. MSSA zeigte einen signifikanten Unterschied für Ti/TiMe nach 8 h mit 3,3 vs. 10,3 CFU (p = 0,04), für PEEK/TiMe und Ti/TiMe nach 32 h mit 1,3 vs. 22,7 (p = 0,006) und 9,3 vs. 22,7 CFU (p = 0,03) sowie nach 72 h für PEEK/Ti (142,3 vs. 77,3 CFU; p = 0,04) und nach 80 h für PEEK/Ti (118,7 vs. 37,0 CFU; p = 0,03), PEEK/TiMe (118,7 vs. 49,7 CFU; p = 0,04) und Ti/TiMe (37,0 vs. 49,7 CFU p = 0,02). Für MRSA gab es signifikante Unterschiede für PEEK/TiMe (1,0 vs. 6,3 CFU; p = 0,02) und Ti/TiMe (1,0 vs. 6,3 CFU; p = 0,02) nach 56 h, für PEEK/Ti (40,3 vs. 2,3 CFU; p = 0,02) und PEEK/TiMe (40,3 vs. 6,3 CFU; p = 0,009) nach 72 h sowie nach 80 h für PEEK/Ti (83,3 vs. 33,3 CFU; p = 0,007) und Ti/TiMe (33,3 vs. 96,7 CFU; p = 0,003).

Cages: Nach 72 h zeigten PEEK- und TiLi-Cages signifikante Unterschiede für S. epidermidis (2913 vs. 230 CFU; p < 0,001), E. coli (398 vs. 836 CFU; p < 0,001) und MRSA (14,9 vs. 8,3 CFU; p < 0,001). Für MSSA konnten nach 8 und 72 h signifikante Unterschiede mit 1,4 vs. 0,22 und 2,6 vs. 0,9 CFU detektiert werden (p < 0,001).

Elektronenmikroskopisch ließ sich eine verstärkte Anhaftung der Bakterien in den Übergangszonen der Materialbearbeitung visualisieren. In Bereichen maximaler Oberfläche der Titan-Cages (Mesh) war keine erhöhte Zahl der Bakterien zu verzeichnen.

Schlussfolgerung PEEK-Cages zeigten eine signifikant höhere CFU für S. epidermidis, MSSA und MRSA, während für E. coli PEEK überlegen war. Interessanterweise zeigte sich im Elektronenmikroskop keine erhöhte Anhaftung in der porösen Mesh-Struktur der Titan-Cages, sondern an den Übergangszonen der verschiedenen Materialbeschaffenheiten.