BactoSonic

Implantate und Infektion

Mit zunehmender Verwendung medizinischer Implantate sind wir auch vermehrt mit infektiösen Biofilmen auf diesen konfrontiert. Zu den häufigsten Implantaten gehören Gelenkprothesen, Osteosynthesen, vaskuläre Prothesen, Pacemaker und Defibrillatoren, Zahnimplantate, neurochirurgische Shunts und Brustimplantate.

Der Therapieerfolg bei Implantatinfektionen ist abhängig von einer präzisen, mikrobiologischen Diagnose. Weil Mikroorganismen auf Fremdkörpern Biofilme bilden, sind sie aber oft schwierig in umgebendem Gewebe nachzuweisen.
Biofilme bestehen aus einer amorphen Matrix aus polymerisiertem Polysaccharid, in welcher Mikroorganismen eingebettet sind. Im Biofilm befinden sich Mikroorganismen in einer metabolisch wenig aktiven, stationären Wachstumsphase. Über Wochen bis Jahre entwickelt sich eine komplexe dreidimensionale Schicht, die über rudimentäre Strukturen die Ernährung des Biofilmes (über Wasserkanäle) und seine Kommunikation (durch extrazelluläre Botenstoffe) gewährleistet.

Wärend frei lebende (planktonische) Bakterien von Antibiotika und dem Immunsystem abgetötet werden, überleben adhärente Bakterien geschützt in der extra zellulären Matrix des Biofilms. 

Technische Details finden Sie im Datenblatt.
Weitere Informationen zu BactoSonic finden Sie in diesem Informationsblatt.

 

Bedeutung und Wirkprinzip der Sonikation

Durch Sonikation (Ultraschall) können Mikroorganismen schonend von der Oberfläche eines infizierten Implantats entfernt werden. Das Implantat wird in Flüssigkeit getaucht, damit die Ultraschallwellen auf die ganze Implantatoberfläche einwirken können. Nach der Sonikation wird die Flüssigkeit (das Sonikat) für Kulturen angesetzt und kann danach sofort für die nachfolgende Analytik (z. B. PCR) benutzt werden. Durch Sonikation wird damit bei nötiger Implantatentfernung eine schnelle Diagnostik vom Ort der Infektion möglich.

Nachweis von Biofilm-bildenden Bakterien Das Implantat wird aseptisch im Operationssaal aus dem Körper entfernt und in einer sterilen Box innerhalb von 24 Stunden in das Mikrobiologielabor transportiert. Nach Zusatz von Ringerlösung wird das Implantat kräftig geschüttelt und für 1 Minute dem Ultraschall ausgesetzt.

Dabei entfernt die Sonikation > 99,9% der adhärenten Bakterien.
 

Quantitaiver Nachweis Biofilm-bildender Bakterien
Das Sonikat wird mikrobiologisch verarbeitet und die Bakterienmenge quantitativ angegeben (Anzahl von koloniebildenden Einheiten pro ml Sonikationsflüssigkeit. Mittels Sonikation können bis 10.000-mal mehr Bakterien nachgewiesen werden als mit üblichen Methoden, wie zum Beispiel aus Biopsien von periprothetischem Gewebe. Dadurch können Mischinfektionen und unterschiedliche Bakterien-Morphotype besser nachgewiesen werden. 

Die Sensitivität ist insbesondere bei Patienten mit vorangegangener Antibiotikatherapie verbessert, weil die im Biofilm geschützten Bakterien besser überleben.

Wirkprinzip
Zur schonenden Ablösung des Biofilms wird das in einer Box mit Flüssigkeit deponierte Implantat in das eigens für dieses Verfahren entwickelte BactoSonic® eingelegt; eine Beschallung in einem gewöhnlichen Ultraschallbad würde die Mikroorganismen abtöten. Es erfolgt eine Beschallung mit niederfrequentem Ultraschall bei geringer Intensität im Bereich der Kavitationsschwelle. Dabei wird die Haftung des Biofilms an der Implantatoberfläche durch wirkende Mikroströmungen, Scherkräfte und oszillierende Kavitationsblasen so weit vermindert, dass er sich während der Beschallungsdauer vom Implantat ablöst. Entstehende Kavitationsereignisse sind dabei noch so energiearm, dass es zu keinen signifikanten Zerstörungen von Zellstrukturen kommt. Die in dem Sonikat gewonnenen Mikroorganismen können unmittelbar kultiviert oder durch andere Methoden zeitnah nachgewiesen werden.

Planktonische und Biofilm-Formen
von Bakterien

 

 

Biofilm auf der Implantatoberfläche

 

 

Erfolg der Biofilmentfernung

 

 

Vergleich der Kulturen von
Gewebebiopsie und
Sonikationsflüssigkeit (Sonikat)

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 Referenzen

 1. Achermann Y, Vogt M, Leunig M, Wust J, Trampuz A. Improved diagnosis of periprosthetic joint infection by multiplex polymerase chain reaction in sonication fluid of removed implants. J Clin Microbiol 2010; 48 (in press). www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15761406

2. Bjerkan G, Witsø E, Bergh K. Sonication is superior to scraping for retrieval of bacteria in biofilm on titanium and steel surfaces in vitro. Acta Orthop 2009; 80:245-50.www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19404811

3. Bonkat G, Rieken M, Rentsch CA, Wyler S, Feike A, Schäfer J, Gasser T, Trampuz A, Bachmann A, Widmer AF. Improved detection of microbial ureteral stent colonisation by sonication. World J Urol 2010; (in press). www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20306317

4. Carmen JC, Roeder BL, Nelson JL, Ogilvie RL, Robison RA, Schaalje GB, Pitt WG. Treatment of biofilm infections on implants with low-frequency ultrasound and antibiotics. Am J Infect Control 2005; 33: 78-82. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15761406

5. Clauss M, Trampuz A, Borens O, Bohner M, Ilchmann T. Biofilm formation on bone grafts and bone graft substitutes. Comparison of different materials by a standard in vitro test and microcalorimetry. Acta Biomaterialia 2010 (in press).

6. Del Pozo JL, Tran NV, Petty PM, Johnson CH, Walsh MF, Bite U, Clay RP, Mandrekar JN, Piper KE, Steckelberg JM, Patel R. Pilot study of association of bacteria on breast implants with capsular contracture. J Clin Microbiol 2009; 47: 1333-1337.www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19261794

7. Gorisek N, Bombek M, Kramberger S, Tomazic T, Dolinar D, Kocjancic B, Trampuz A. Sonication of removed orthopedic devices significantly improves the diagnosis of infection. 2010 (in revision).

8. Kobayashi N, Bauer TW, Tuohy MJ, Fujishiro T, Procop GW. Brief ultrasonication improves detection of biofilm-formative bacteria around a metal implant. Clin Orthop Relat Res 2007;457: 210-3. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17195819

9. Monsen T, Lövgren E, Widerström M, Wallinder L. In vitro effect of ultrasound on bacteria and suggested protocol for sonication and diagnosis of prosthetic infections. J Clin Microbiol. 2009; 47: 2496-501. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19535525

10. Piper KE, Jacobson MJ, Cofield RH, Sperling JW, Sanchez-Sotelo J, Osmon DR, Steckelberg JM, Mandrekar JN, Fernandez SM, Patel R. Microbiologic diagnosis of prosthetic shoulder infection using implant sonication. J Clin Microbiol 2009; 47: 1878-84.www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19261785

11. Rieger UM, Pierer G, Lüscher NG, Trampuz A. Sonication of removed breast implants for improved detection of subclinical infection. Aesth Plast Surg 2009; 33: 404-408. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19322605

12. Rohacek M, Weisser M, Kobza R, Schoenenberger A, Pfyffer G, Frei R, Erne P, Trampuz A. Bacterial colonization and infection of electrophysiologic cardiac devices detected with sonication and swab culture. Circulation 2010 (in press).

13. Sendi P, Frei R, Maurer TB, Trampuz A, Zimmerli W, Graber P. Escherichia coli variants in periprosthetic joint infection: diagnostic challenges with sessile bacteria and sonication. J Clin Microbiol 2010; (in press).www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20335421

14. Trampuz A, Osmon DR, Hanssen AD, Steckelberg JM, Patel R. Molecular and antibiofilm approaches to prosthetic joint infection. Clin Orthop Relat Res 2003; 69-88. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12966280

15. Trampuz A, Zimmerli W. Prosthetic joint infections: update in diagnosis and treatment. Swiss Med Wkly 2005; 135: 243-251.www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15965826

16. Trampuz A, Piper KE, Hanssen AD, Osmon DR, Cockerill FR, Steckelberg JM, Patel R. Sonication of explanted prosthetic components in bags for diagnosis of prosthetic joint infection is associated with a risk of contamination. J Clin Microbiol 2006; 44: 628-31. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16455930

17. Trampuz A., Piper KE, Jacobson MJ, Hanssen AD, Unni KK, Osmon DR, Mandrekar JN, Cockerill FR, Steckelberg JM, Greenleaf JF, Patel R. Sonication of removed hip and knee prostheses for diagnosis of infection. N Engl J Med 2007; 357: 654-63.www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17699815

18. Trampuz A, Zimmerli W. Diagnosis and treatment of implant-associated septic arthritis and osteomyelitis. Curr Infect Dis Rep 2008; 10: 394-403. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/18687204

19. Trampuz A, Steinrücken J, Clauss M, Bizzini A, Furustrand U, Uckay I, Peter R, Bille J, Borens O. New methods for the diagnosis of implant-associated infections [article in French]. Rev Med Suisse 2010 (in press).

20. Tunney MM, Patrick S, Gorman SP, Nixon JR, Anderson N, Davis RI, Hanna D, Ramage G. Improved detection of infection in hip replacements. A currently underestimated problem. J Bone Joint Surg Br 1998; 80: 568-72. www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9699813

21. Zimmerli W, Trampuz A, Ochsner PE. Prosthetic-joint infections. N Engl J Med 2004; 351: 1645-54.www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15483283

 

Links

European Bone and Joint Infection Society (EBJIS)
www.ebjis.org

European Society for Clinical Microbiology and Infectious Diseases (ESCMID), Study Group on Implant-Associated Infections (ESGIAI)
www.escmid.org/esgiai

Musculosceletal Infection Society of North America (MSIS)
www.msis-na.org

European Federation of National Associations of Orthopaedics and Traumatology (EFORT)
www.efort.org