Dekontaminierende Effekte auf Mikroorganismen bei Laserapplikation unter Berücksichtigung thermisch induzierter Apoptose humaner Zellsysteme

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, unter standardisierten Bedingungen zu untersuchen, wie sich humane Zellsysteme (THP-1) im Vergleich zu Mikroorganismen (S. salivarius, S. sobrinus und E. faecalis) in einem eigens hierfür entwickelten Modellsystem nach kurzzeitiger thermischer Belastung und Laserapplikation verhalten. Zudem gilt es, die antimikrobielle Potenz zweier Fasersysteme (Bulb und Bare) unter Verwendung eines Blaulichtlasers zu vergleichen. <br /> Zunächst wurde das Wachstumsverhalten der Teststämme unter thermischem Stress untersucht. Anschließend wurden Laserversuche zur Untersuchung der Keimreduktion mittels Laserbestrahlung ohne Verwendung von Photosensitizer durchgeführt. Dazu wurde die optische Dichte der Teststämme (OD600 1,0; 0,5 und 0,25) eingestellt und diese anschließend einem Wärmeimpuls (20°C, 40°C, 60°C, 80°C für je 20 s) ausgesetzt bzw. mit einem Diodenlaser bestrahlt (20 Sekunden; 445 nm bzw. 810 nm; 0,5 W, 1,0 W, 1,5 W und 2,0 W; Bare- bzw. Bulb-Faser) und verdünnt. Die Verdünnungen wurden ausplattiert und inkubiert (37°C; 24 h). Es folgte die Auszählung der cfu, die Berechnung der Bakterienzahl/mL sowie die Erstellung von Wachstumskurven, anhand derer die benötigten Temperaturen und Laserleistungen zur Keimreduktion ermittelt werden konnten. Unter identischen Bedingungen und Parametern wurden die THP-1 – Zellen Temperatur und Laserbestrahlung ausgesetzt. Nach mikroskopischer Auszählung lebender und toter Zellen fand ebenfalls eine graphische Auswertung statt. <br /> Es konnte gezeigt werden, dass es bei den Wärmeimpuls-Versuchen zwischen 60°C und 80°C zu einer deutlichen Keim- und Zellreduktion kam. Bei 80°C fand eine fast vollständige Dekontamination statt. Analog dazu zeigte sich bei den Laserversuchen eine keimreduzierende Wirkung bei 445 nm ab einer Leistung von 1,5 W für alle Teststämme, wohingegen bei 810 nm keine keimreduzierende Wirkung eintrat. Im Vergleich dazu wurden zwei verschiedene Fasertypen (Bare- und Bulb-Faser) bei 445 nm verwendet und deren Wirkung auf die Teststämme untersucht. Hier zeigte sich eine höhere Keimreduktion für die Bare-Faser im Vergleich zur Bulb-Faser bei 1,5 W (S. salivarius, S sobrinus). Ab 1,5 W zeigte sich mittels Bare-Faser bereits eine fast vollständige bakterizide Wirkung, wohingegen bei der Bulb-Faser erst ab 2,0 W eine solche Wirkung eintrat. Die untersuchte Zelllinie betreffend (THP-1) kam es zu keiner Reduktion Zellvitalität nach Laserbestrahlung mit Leistungen von 0,5 – 2,0 W. Schlussendlich konnte festgestellt werden, dass die Laserapplikation im blauen Spektralbereich deutlich effizienter antimikrobiell wirkt als mit einem Nahinfrarot-Laser. Humane Zellsysteme scheinen auf Laserbestrahlung weniger sensibel in Bezug auf ihre Vitalerhaltung zu reagieren als Mikroorganismen.