Kan ve El Kültüründen İzole Edilen Koagülaz-negatif Stafilokok İzolatlarının Biyofilm Oluşumunun Plazma Polimerizasyon Tekniği ile Kaplanmış Mikroplaklarda İncelenmesi: Deneysel Model

Abstract

Introduction: Coagulase-negative staphylococci (CNS) can protect themselves from the effects of antibiotics by producing biofilms through breeding on biomaterials, medical equipment and devices. It is possible to influence biofilm formation with the aid of various surface modifications. In our study, plasma polymerization method, which is a surface modification technique, was used. The plasma polymerization technique is an environmentally-friendly technique that allows you to modify the nanometer level only at the surface without affecting the stack using the fourth state of the material. The possibility to generate surfaces with different properties (hydrophilic, hydrophobic, biocompatible etc.) by the help of various monomers and gases has made this technique more popular. In this study, the effect of the microplate surfaces modified by three different monomers on the biofilm formation of CNS was investigated. Materials and Methods: A total of 60 isolated CNS isolates from blood and hand cultures were included into the study. As control strains, Staphylococcus epidermidis ATCC 35984, known to be biofilm positive, and S. epidermidis ATCC 12228 which do not form biofilm, were used. Slime formation was determined by the quantitative plaque assay method described by Christensen. In microplates, which were plain or modified by three different monomers, the biofilm formation behavior of all strains was investigated simultaneously and comparatively. Results: There was no difference in biofilm positivity between strains isolated from hand and blood. A total of 71.6% biofilm formation was observed on microplates, which were not coated with plasma technique, and on plasma-modified microplated surfaces, 80% (monomer: 3- mercaptopropionic acid), 65% (monomer: 2-hydroxyethyl methacylate) and 31.6% (monomer: ethylene glycol dimethacylate) biofilm formation was observed, respectively. It was found that ethylene glycol dimethacrylate in three monomers significantly inhibited biofilm formation when compared to other monomers. Conclusion: In recent years CNS, especially S. epidermidis has become the most frequently isolated bacteria in catheter infections and responsible for the 28% of nosocomial bacteremia. The widespread use of prosthetic and permanent devices has been shown as a reason for the increase in the frequency of this effect. In 90% of patients with S. epidermidis bacteremia, there is an intravascular catheter history. Biofilm is an extracellular structure containing water, proteins and carbohydrates and is responsible for the unwanted adhesion of microorganisms to host cells and artificial surfaces. The biofilm mechanism can be altered by the interaction between the material surface and the bacterial surface. In our study, in-vitro results were obtained showing the potential to reduce the risk of biofilm-associated infection by microorganism biofilm formation on modified surfaces with appropriate monomer selection.

Giriş: Koagülaz-negatif stafilokoklar (KNS) biyolojik malzeme, medikal cihaz ve araçlar üzerinde üreyip biyofilm oluşturarak kendilerini antibiyotik etkilerinden koruyabilirler. Çeşitli yüzey modifikasyonları yardımıyla biyofilm oluşumunu etkilemek mümkündür. Çalışmamızda, bir yüzey modifikasyon tekniği olan plazma polimerizasyon yöntemi kullanılmıştır. Plazma polimerizasyon tekniği, maddenin dördüncü hali kullanılarak malzeme iç yapısını değiştirmeden nano seviyede sadece yüzey modifikasyonu yapmaya olanak veren çevre dostu bir tekniktir. Çeşitli monomer ve gazlar yardımıyla farklı özellikler gösteren (hidrofilik, hidrofobik, biyouyumlu vb.) yüzeylerin elde edilebilmesi bu tekniği oldukça popüler yapmıştır. Bu çalışmada üç farklı monomer yardımıyla modifiye edilen mikroplak yüzeylerin, KNS’lerin oluşturduğu biyofilm formasyonu üzerine etkisi araştırılmıştır. Materyal ve Metod: Kan ve el kültüründen izole edilen toplam 60 adet KNS izolatı çalışmaya dahil edilmiştir. Kontrol suşları olarak biyofilm oluşturduğu bilinen Staphylococcus epidermidis ATCC 35984 ile biyofilm oluşturmayan S. epidermidis ATCC 12228 suşları kullanılmıştır. Biyofilm oluşumu Christensen tarafından tarif edilmiş olan kantitatif plak test yöntemiyle belirlenmiştir. Plazma polimerizasyon yoluyla üç farklı monomerle modifiye edilmiş ve modifiye edilmemiş mikroplaklarda tüm suşların biyofilm oluşturma davranışı eş zamanlı ve karşılaştırmalı olarak gerçekleştirilmiştir. Bulgular: El ve kandan izole suşlar arasında biyofilm pozitifliği açısından fark belirlenmemiştir. Plazma tekniği ile modifiye edilmemiş mikroplakta %71.6 oranında biyofilm oluşumu gözlenirken, plazma ile modifiye edilmiş mikroplak yüzeylerde sırasıyla; %80 (monomer: 3-merkaptopropiyonik asit), %65 (monomer: 2-hidroksietilmetakrilat) ve %31.6 (monomer: etilen glikol dimetakrilat) oranında biyofilm oluştuğu gözlenmiştir. Üç monomer içinde etilen glikol dimetakrilatın diğer monomerlere kıyasla biyofilm oluşumunu belirgin olarak inhibe ettiği saptanmıştır. Sonuç: Son yıllarda kateter infeksiyonlarında KNS’ler, özellikle S. epidermidis, en sık izole edilen bakteri olup nozokomiyal bakteremilerin %28’inden sorumludur. KNS sıklığındaki artışın nedeni olarak prostetik ve kalıcı cihazların kullanımının yaygınlaşması gösterilmektedir. S. epidermidis bakteremisi olan hastaların %90’ında intravasküler kateter öyküsü olduğu saptanmıştır. Biyofilm; su, protein, karbonhidrat içeren hücre dışı bir yapıdır ve mikroorganizmanın konak hücre ve yapay yüzeylere istenmeyen yapışmasından sorumludur. Biyofilm mekanizması, malzeme yüzeyi ve bakteri yüzeyi arasındaki etkileşimlere bağlı olarak değiştirilebilir. Çalışmamızda uygun monomer seçimi ile modifiye edilmiş yüzeylerde mikroorganizma biyofilm oluşumunun ve buna bağlı olarak biyofilm ilişkili infeksiyon risklerinin azaltılabilme potansiyelini gösteren in vitro sonuçlar elde edilmiştir.