Plasmainaktivierung von mikrobiellen Biofilmen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Peter Awakowicz; Professor Dr. Ralf Möller (†)
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424927143

Eine alternde Gesellschaft sowie die stetige Zunahme von antibiotikaresistenten Bakterien führen zu steigenden Anforderungen in der Sterilisation von medizinischen Produkten. Vor allem viele moderne Kunststoffe sind mit gängigen Sterilisationsverfahren nicht oder nur wenige Male sterilisierbar. Weiterhin nehmen postoperative, Blut- und Harnwegsinfektionen, hervorgerufen durch Vancomycin-resistente Bakterien, in den letzten Jahren stark zu. Da ca. 80% aller bakteriellen Infektionen von biofilmbildenden Bakterien ausgelöst werden, wollen wir die Anwendbarkeit von Niederdruck- und Atmosphärendruckplasmen bei der Inaktivierung von bakteriellen Biofilmen untersuchen.In dem Forschungsprojekt wollen wir systematisch sowohl die Inaktivierungsmechanismen von Niederdruck- und Atmosphärendruckplasmen, als auch die Verteidigungsstrategien von bakteriellen Biofilmen analysieren. Von der Plasmatechnischen Seite sollen zwei verschiedene Plasmaquellen genutzt werden, die sich in ihren Eigenschaften fundamental unterscheiden. Zum einen wird eine Niederdruckquelle genutzt, deren Inaktivierungsleistung bei bakteriellen Sporen vor allem durch hochenergetische Strahlung hervorgerufen wird und chemische Modifikationen eine untergeordnete Rolle spielen. Dem gegenüber soll eine Atmosphärendruckquelle genutzt werden, bei der die Inaktivierung größtenteils auf chemische Modifikationen zurückzuführen ist, da hochenergetische Strahlung im UV-C Bereich nicht erzeugt wird. Hierdurch kann die Auswirkung von hochenergetischer Strahlung als auch der Einfluss Radikalen getrennt analysiert werden. Durch die Variation der verwendeten Gase und des Druckbereichs in dem die Quellen eingesetzt werden, wird es zudem möglich sein, Plasmen zu erzeugen, die beide Merkmale aufweisen und mögliche synergistische Effekte analysiert werden können. Von der biologischen Seite her werden wir Sporen und Biofilme des Bakteriums Bacillus subtilis herstellen, welche bereits in der Literatur zur Verifizierung der Sterilisationseffizienz eingesetzt wurden. Im Besonderen interessieren wir uns für die Inaktivierungs- und Schutzmechanismen wie beispielsweise der DNA-Reparatur, welche nach der Plasmabehandlung stattfindet. Zudem werden durch den Einsatz von verschiedenen Inkubationsbedingungen, den Einsatz von Mutanten (Defizite in der DNA-Reparatur oder Biofilm-Bildung) und mittels der Variation der Plasmawirkung eine Vielzahl an verschiedenen Kontaminationsszenarien und die damit verbundene Sterilisationswirkung untersucht werden. Mit Hilfe des Projekts soll das Potential plasmabasierter Sterilisation zur Inaktivierung von bakteriellen Biofilmen im medizinischen Bereich definiert sowie die Wirkmechanismen verstanden werden. Hierdurch wollen wir die Grundlage schaffen, um potenzielle oder reale Kontaminationen zielgerichtet mit Plasmen behandeln zu können.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen