Bakterielle Adhärenz klinisch relevanter Staphylococcus-Erreger auf Kohlenstoff-PEEK-Composit (CFRP) im Vergleich zu Titanlegierungen: mögliche Implikationen bei der Wirbelsäuleninstrumentation bei Spondylodiszitis

Fragestellung Die dorsale Wirbelsäuleninstrumentierung wird in der Neurochirurgie häufig für die Behandlung von Spondylodiszitis angewandt. Die meisten Implantate bestehen dabei aus Titanlegierungen (Ti), die bei postoperativen Bildgebungen Artefakte hervorrufen. Bei Patienten mit Verdacht auf eine erneute Infektion stören diese Bildgebungsartefakte die Befundung. Seit kurzem stehen Implantate aus kohlenstofffaserverstärktem Polyetheretherketon (CFRP) zur Verfügung (BlackArmor^®, icotec AG), welche derartige Bildgebungsartefakte kaum mehr aufweisen. Das Ziel dieser Studie war es, die Zahl adhärierter Bakterien zwischen Titan- und CFRP-Materialien zu vergleichen. Hiermit soll eine Einschätzung der materialspezifischen Infektneigung bewertet werden.

Methodik Ein Bakterienadhäsionsassay wurde mit den bakteriellen Haupt-erregerstämmen S. aureus (ATCC^® 25923), S. epidermidis (ATCC^® 35984) und dem methicillin-resistenten S. aureus (ATCC^® 43300) durchgeführt. Hierzu wurden die Implantatmaterialien, poliertes Titan und CFRP, in Bakteriensuspensionen (1,3×105 cfu/ml) über 24 Stunden inkubiert.

Anschließend wurden die auf den Implantatoberflächen anhaftenden Bakterien nach Behandlung mit Ultraschall ausplattiert und auf Agarplatten quantitativ bestimmt. Des Weiteren wurde die durchschnittliche Rauheit (Ra in µm) mit einem Profilometer (Dektak 8, Veeco Inc., US) zur Charakterisierung der Materialoberflächen gemessen. Zusätzlich wurden Kontaktwinkel mit der sog. “Sessile Drop”-Methode unter Verwendung standardisierter Flüssigkeiten gemessen, um die freie Oberflächenenergie der Proben zu berechnen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung Die bakterielle Probeninokulation führte zu vergleichbaren adhärierten Bakterienzahlen von CFRP (MRSA: 8,7×106 CFU/ml; S. aureus: 7,6×106 CFU/ml; S. epidermidis: 6,4×106 CFU/ml) und Titan (MRSA: 3,3×106 CFU/ml; S. aureus: 3,6×106 CFU/ml; S. epidermidis: 4,0×106 CFU/ml). Es gibt somit keinen signifikanten Unterschied zwischen CFRP- und Titan-Materialien. Die Oberflächenprofilometrie zeigte Ra-Werte für Titan um 0,20±0,04 µm und 0,38±0,10 µm für CFRP. Die Oberflächenenergien beider Materialien unterschieden sich stark voneinander. Titan zeigte insgesamt eine höhere Energie (39,0 mJ/m²) und einen geringen polaren Anteil, wohingegen CFRP insgesamt eine wesentlich geringere Energie (12,4 mJ/m²) und einen vernachlässigbaren polaren Anteil aufwies.

Stichwörter Neurochirugie, Wirbelsäule, Infektion, Spondylodiszites, Carbon-Peek, Titan

Publication History

Article published online:
15 October 2020