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Das maligne Melanom ist eine der häufigsten malignen Erkrankungen in Deutschland. Vor allem in fortgeschrittenen Stadien ist es mit einer hohen Letalität verbunden. Die aktuell vorhandenen Therapiemöglichkeiten bergen ein hohes Nebenwirkungspotenzial und weisen bei dem häufig mutierenden Karzinom eine begrenzte Wirksamkeit auf. Daher sind unterstützende oder neue Therapieansätze essenziell. Kaltes nicht-thermisches Plasma hat in der Krebsforschung in den letzten Jahren zunehmend Aufmerksamkeit erhalten, da sich gute Effekte auf Tumorzellen zeigen ließen. Durch den in dieser Arbeit gewählten 3D-Aufbau der Zellkultur konnten Zell-Zell-Interaktionen, unterschiedliche Zellzyklus-Stadien, Nährstoffgradienten innerhalb des Zellverbandes und daraus resultierende Effekte auf die Wirksamkeit des Therapieansatzes simuliert werden. In der präklinischen Forschung zur Plasmamedizin könnte die Verwendung von Sphäroiden ein nützliches Modell darstellen, um die Wirkweise des Plasmas besser zu verstehen und später die Anwendung am Patienten zu ermöglichen. Zudem kann die Sensibilität unterschiedlicher maligner Zellen mit diesem Modell eingeschätzt werden. Zum Einsatz kamen Zellen eines Primärmelanoms (SK_MEL-28) und einer Lymphknotenmetastase eines Melanoms (MNT-1). Es konnte eine signifikante Reduktion des Wachstums der Sphäroide beider gewählter Melanom-Zellreihen nach indirekter und direkter Plasmabehandlung mit dem kalten Atmosphärendruck-Plasmajet kINPenMed festgestellt werden. Zudem konnte auch eine reduzierte Vitalität der Sphäroide nach Plasmabehandlung gezeigt werden. Eine Veränderung im Nachweis von proliferierenden oder apoptotischen Zellen innerhalb des Sphäroids mit immunhistologischen Färbungen konnte nicht gezeigt werden. Auch nach Plasmabehandlung zeigte sich lediglich ein Proliferationsgradient von außen nach innen an den Sphäroiden aller Behandlungsgruppen. Nach Platzierung der plasmabehandelten Sphäroide in einem Kollagen 1-Gel konnte ein vermehrtes Auswachsen von Zellen bei den indirekt behandelten Sphäroiden beobachtet werden. Die Ergebnisse der immunhistologischen Färbungen und die Migration im Gel stehen im Gegensatz zu den in der Literatur beschriebenen Effekten der Plasmabehandlung und bedürfen einer weiteren Evaluation. In der Proteomanalyse zeigten sich ebenfalls Proteine vermehrt exprimiert, die an der Reaktion auf RONS, an Migration und Adhäsion sowie am Zellzyklus beteiligt sind. Dabei unterstützen die Daten aus der Proteomanalyse viele der zuvor genannten Ergebnisse.
Hair follicles constitute important drug delivery targets for skin antisepsis since they contain ≈25% of the skin microbiome. Nanoparticles are known to penetrate deeply into hair follicles. By massaging the skin, the follicular penetration process is enhanced based on a ratchet effect. Subsequently, an intrafollicular drug release can be initiated by various trigger mechanisms. Here, we present novel ultraviolet A (UVA)-responsive nanocapsules (NCs) with a size between 400 and 600 nm containing hydroxyethyl starch (HES) functionalized by an o-nitrobenzyl linker. A phase transfer into phosphate-buffered saline (PBS) and ethanol was carried out, during which an aggregation of the particles was observed by means of dynamic light scattering (DLS). The highest stabilization for the target medium ethanol as well as UVA-dependent release of ethanol from the HES-NCs was achieved by adding 0.1% betaine monohydrate. Furthermore, sufficient cytocompatibility of the HES-NCs was demonstrated. On ex vivo porcine ear skin, a strong UVA-induced release of the model drug sulforhodamine 101 (SR101) could be demonstrated after application of the NCs in cyclohexane using laser scanning microscopy. In a final experiment, a microbial reduction comparable to that of an ethanol control was demonstrated on ex vivo porcine ear skin using a novel UVA-LED lamp for triggering the release of ethanol from HES-NCs. Our study provides first indications that an advanced skin antisepsis based on the eradication of intrafollicular microorganisms could be achieved by the topical application of UVA-responsive NCs.
Oral mucositis is the most common and severe non-hematological complication associated with cancer radiotherapy, chemotherapy, or their combination. Treatment of oral mucositis focuses on pain management and the use of natural anti-inflammatory, sometimes weakly antiseptic mouth rinses in combination with optimal oral cavity hygiene. To prevent negative effects of rinsing, accurate testing of oral care products is necessary. Due to their ability to mimic realistic in-vivo conditions, 3D models may be an appropriate option in compatibility testing of anti-inflammatory and antiseptically effective mouth rinses. We present a 3D model of oral mucosa based on the cell line TR-146 with a physical barrier, characterized by high transepithelial electrical resistance (TEER) and confirmed cell integrity. Histological characterization of the 3D mucosa model showed a stratified, non-keratinized multilayer of epithelial cells similar to that of human oral mucosa. By means of immuno-staining, tissue-specific expression of cytokeratin 13 and 14 was shown. Incubation of the 3D mucosa model with the rinses had no effects on cell viability, but TEER decreased 24h after incubation in all solutions except ProntOral®. Analogous to skin models, the established 3D model meets the quality control criteria of OECD guidelines and may therefore be suitable for comparing the cytocompatibility of oral rinses.
Objectives
Oral mucositis caused by intensive cancer chemotherapy or radiotherapy frequently results in pronounced damage of the oral mucosa leading to painful oral hygiene. To support oral care, antimicrobial effective mouth rinses may be used. Thus, the efficacy of a hypochlorite-based mouth rinse (Granudacyn®), assumed to be highly biocompatible because of the compounds being part of the natural pathogen defense, as possible antiseptic agent in case of oral mucositis was compared to that of an octenidine based antiseptic mouth rinse (Octenidol® md).
Materials and methods
The study was conducted as monocentric, controlled, randomized, blind cross over comparative study on 20 volunteers. As a proof of principle, we performed the study on orally healthy subjects and not cancer patients. The efficacy was determined as reduction of colony forming units (cfu) on buccal mucosa as well as in saliva. After mouth rinsing for 30 s, samples were taken after 1 min, 15 min, 30 and 60 min. The lg-reduction was calculated as difference between lg-values of cfu pre- and post-treatment.
Results
Both antiseptic mouth rinses induced a significant reduction of cfu on buccal mucosa and in saliva 1 min after mouth rinsing. The effect persisted up to 60 min. The octenidine based rinse was significantly superior to the hypochlorite-based rinse up to the last sample 60 min after rinsing. However, the known cytotoxicity of octenidine argues against its application.
Conclusion
Within the limits of this study, due to its antiseptic efficacy, the hypochlorite-based rinse Granudacyn® can be regarded appropriate to support the oral hygiene in patients with a sensitive oral mucosa during an aggressive cancer chemotherapy and radiation treatment in case of oral mucositis.
Die Therapie des Melanoms sowie die Erforschung neuer Behandlungsmöglichkeiten stehen im Fokus zahlreicher Forschungsgruppen. Um der Komplexität dieser Erkrankung gerecht zu werden, müssen möglichst genaue Modelle gefunden werden. Tumor-Sphäroide als dreidimensionale Tumorzellkulturen schließen dabei teilweise die Lücke zwischen den herkömmlichen zweidimensionalen Zellmonolayern und den Tiermodellen. Hierdurch lassen sich die zelluläre Heterogenität, die Nährstoffverteilung, der Sauerstoffgradient, die Zell-Zell-Interaktionen sowie die Genexpression genauer abbilden und dadurch untersuchen. Arbeiten von Vinci sowie Howes et al. haben gezeigt, dass adäquate In-vitro-Bedingungen notwendig sind, um die Wirkungen von Medikamenten nicht zu über- beziehungsweise unterschätzen (Vinci et al. 2012, Howes et al. 2007). Ziel dieser Arbeit war, ein Verfahren zu etablieren, welches Sphäroide in einen tissue microarray zur Testung von potenziellen neuen Therapeutika zur Verfügung stellt, wobei in dieser Arbeit die Anwendung von kaltem Atmosphärendruckplasma und gepulsten elektrischen Feldern im Mittelpunkt des Interesses stand. Diese Methode von Ivanov und Grabowska (Ivanov & Grabowska 2017) wurde dazu in leicht modifizierter Form angewandt. Verwendet wurden zwei Melanomzelllinien (SK-Mel-28 MNT-1), für die zunächst optimale Wachstumsparameter festgelegt werden mussten, um stets vergleichbare und reproduzierbare Sphäroide mit einer Größe von 300-500 µm zu erhalten. Das etablierte Verfahren ist zeitsparender und ermöglicht eine automatische Bildaufnahme im Hochdurchsatz (high throughput screening) von bis zu 60 Sphäroiden pro Präparat. Die Immunfluoreszenzfärbung stellt aufgrund ihrer hohen Sensitivität und der dadurch möglichen Verkleinerung der Proben eine der wichtigsten Detektionsmethoden der Zukunft dar (Hertzberg et al. 2000). Es wurden parallel vier verschiedene Farbstoffe (DAPI, AlexaFluor 488, Alexafluor 594, AlexaFluor 647) mit zu testenden Targets markiert und mittels des CLS-Gerätes aufgenommen sowie quantitativ ausgewertet. Exemplarisch wurden 21 Fluorophore, innerhalb von sieben thematischen Sets und vier verschiedenen Behandlungsformen (direkte, indirekte Plasmabehandlung, H2O2-Behandlung, µsPEF-Behandlung) betrachtet. Hierdurch wurden unterschiedliche Plasma-induzierende Effekte auf die Zellmorphologie sowie ansatzweise auf die Verteilung innerhalb der Sphäroide untersucht. Bereits lichtmikroskopisch ließen sich eine Auflockerung der Peripherie sowie eine Verdichtung der zentralen Regionen der Sphäroide nach einer direkten Plasmabehandlung beobachten. Mittels der Immunfluoreszenz wurden sowohl bekannte Plasmaeffekte, wie die Apoptoseinduktion plasmabehandelter SK-Mel-28-Sphäroide mit hohen Plasmabehandlungsintensitäten, als auch verschiedene Signalwege, wie die antioxidative Zellantwort, beobachtet. Teilweise wurden kontroverse Ergebnisse gemessen, die die Notwendigkeit der Heterogenitätsanalyse innerhalb der Sphäroidschnitte aufzeigen. Beispielsweise weist die aufgelockerte Peripherie eine besonders hohe Apoptoserate auf, die mittels der TUNEL-IF-Färbung detektiert wurde (Abb. 38; Abb. 39). Zu der gesteigerten Apoptoserate lässt sich eine verstärkte Expression von HMOX1 bei den SK-Mel-28-Sphäroiden nach einer direkten sowie indirekten Plasmabehandlung nachweisen (Abb. 44). Hierraus lassen sich grundsätzliche Plasmaeffekte ableiten, wie die Einbringung von ROS und RNS. Zudem konnte die Größenreduktion der Sphäroiddurchmesser mittels µsPEF-Behandlung sowohl lichtmikroskopisch (Abb. 33) als auch am CLS-Gerät über die Gesamtfläche (Abb. 37) gezeigt werden. Diese Ergebnisse entsprechen denen von Nuccitelli et al. am Mausmodell (Nuccitelli et al. 2006, Nuccitelli et al. 2009). Des Weiteren wurden alternative Methoden angewandt, durch die die Antikörperverteilungen in ganzen Sphäroiden untersucht werden könnte (vgl. Kapitel 3.4.4).
Insgesamt liefert diese Methode, aufgrund der schnelleren sowie kostengünstigeren Durchführbarkeit und der potenziellen Automatisierung am CLS-Gerät, ein ausgesprochen mächtiges Verfahren zur Erforschung neuer Krebstherapien im Labor.
Untersuchung zur Wirkung von kaltem Atmosphärendruckplasma über die Oxidation von Thiolgruppen
(2022)
Redox signaling-Prozesse innerhalb und zwischen Zellen spielen eine Rolle in
verschiedenen physiologischen und pathologischen Prozessen, wobei zelluläre
Thiolgruppen als wichtige Signalübermittler identifiziert wurden. Durch Behandlung der
Aminosäure Cystein mit kaltem Atmosphärendruckplasma werden solche
Thiolgruppen oxidiert und verschiedene Verbindungen erzeugt. Diese Arbeit sollte
klären, ob so die Erzeugung von stabilen reaktiven Spezies möglich ist, die einen
biologischen Effekt haben. Dazu wurden Pufferlösungen, die Cystein enthielten, mit
einem Argon-Plasmajet (kINPen 09) mit Sauerstoffzumischung behandelt und auf
kultivierte menschliche Keratinozyten der HaCaT-Zellinie übertragen. Zellproliferation,
Migrationsaktivität, Metabolismus, Viabilität und intrazellulärer Redoxzustand wurden
untersucht.
Plasmabehandelte Flüssigkeiten mit Cysteinkonzentrationen von 2 mmol/l zeigten
keinen Einfluss auf das Zellverhalten im Vergleich zu behandeltem Puffer ohne
Cystein. Erhöhte Cysteinkonzentrationen von 100 mmol/l verringerten bei langen
Plasmabehandlungszeiten von 5 min beziehungsweise 10 min die Proliferation,
Migration, Laktatsekretion und Viabilität. Für kürzere Behandlungszeiten von 1 min und
2,5 min wurden Hinweise auf eine erhöhte metabolische Aktivität gefunden. GSSGSpiegel
in den Zellen wurden stabilisiert und intrazelluläre ROS reduziert. Diese
Effekte könnten auf generierte bioaktive Substanzen wie oxidierte Disulfide
zurückzuführen sein, die längerfristig zu Energiemangel führen. Ein möglicher
Vermittler ist Cystein-S-sulfonat, welches als NMDA-Rezeptoragonist bekannt ist.
Zudem könnte auch die Aktivierung des XC-Antiporters mit Folgen für den
intrazellulären Redoxzustand zu den kurzfristigen Effekten beigetragen haben.
Durch plasmabehandelte Cysteinlösung konnten biologische Effekte, teilweise im
Sinne einer Hormesis, nachgewiesen werden. Die Ergebnisse zeigten eine
zytotoxische Wirkung nach langer Plasmabehandlung der Cysteinlösung, während für
kürzere Zeiten auch aktivierende Effekte deutlich wurden. Somit scheint die gezielte
Erzeugung stabiler reaktiver Spezies als neuer Ansatzpunkt der Plasmaanwendung
möglich.
Zusammenfassung
Zielsetzung: Im Ergebnis einer Literaturrecherche konnten keine Studien zur Ermittlung der Anzahl notwendiger Indikationen der HD auf Nicht-Risiko-Stationen ermittelt werden. Daher sollte die Anzahl erforderlicher Händedesinfektionen auf zwei peripheren Nicht-Risiko-Stationen ermittelt werden, um auf dieser Grundlage die Compliance anhand von Verbräuchen abschätzen zu können. Bisher wird in der UMG der Verbrauch an Händedesinfektionsmitteln der unterschiedlichen Stationen nur über Abgabedaten der Apotheke ermittelt.
Methode: Auf einer neurologischen und einer chirurgischen Bettenstation der UMG wurden jeweils zehn Pflegekräfte und zehn Ärzt*innen hinsichtlich des Verhaltens der Händedesinfektion nach Training des Beobachtenden zur Datenerhebung durch eine Hygienefachkraft während der gesamten Schicht begleitet. Die Beobachtung je eines Mitglieds des Stationsteams wurde an allen sieben Wochentagen sowie zu allen Schichten (Früh-/Spät-/Nachtschicht) durchgeführt. Als Grundlage zur Ermittlung der Indikationsstellungen wurde das Modell der Five Moments der WHO gewählt. Mit Hilfe der Fulkerson-Skala wurden die Five Moments in 15 Ränge, abgestuft von „sauber“ bis „schmutzig“, aufgegliedert, um ableiten zu können, ob das durch den Kontakt gegebene unterschiedliche Kontaminationsrisiko einen Einfluss auf die Compliance hat.
Ergebnisse: Auf der neurologischen Bettenstation wurden für die Pflegekräfte 101,5 Indikationen/PT, für das ärztliche Personal 2,2 Indikationen/PT, auf der chirurgischen Bettenstation für die Pflegekräfte 146,8 und für das ärztliche Personal 4,7 Indikationen/PT ermittelt. Der Unterschied zwischen Pflegenden und ärztlichem Personal war signifikant (p=0,0001). Im Arbeitsalltag ergaben sich für Moment 3 (nach Kontakt mit potentiell infektiösem Material) und Moment 5 (nach Kontakt mit der unmittelbaren Patientenumgebung) die meisten Indikationen. Anhand der Anzahl der Indikationen ergab sich ein höherer Soll-Verbrauch an HDM mit 311 ml/PT für die neurologische bzw. 455 ml/PT für die chirurgische Station als der für Deutschland kalkulierte Richtwert von 120 ml HDM/PT.
Die Compliance betrug im Mittel aller Schichten und beider Berufsgruppen auf der neurologischen Station 50,7%, auf der chirurgischen Station 59,6 % (p=0,27). Die höchsten Compliance Raten zeigten sich in Moment 4 sowie auf den hohen Fulkerson-Rängen.
Diskussion: Ursache für die geringere Anzahl an Indikationen der HD bei Ärzt*innen im Vergleich zu Pflegekräften ist der seltenere Patientenkontakt des ärztlichen Personals auf peripheren Stationen. Die Anzahl der Indikationen für die HD waren beim Pflegepersonal ähnlich hoch wie von Scheithauer et al. (2009) auf einer internistischen Intensivstation beobachtet.
Die beobachtete Compliance ist auf beiden Stationen unbefriedigend, obwohl analoge Daten aus der Literatur bekannt sind (Pittet et al. 1999). Das zeigt auf, dass auch in Nichtrisikobereichen intensive Anstrengungen zur Verbesserung der Compliance unternommen werden müssen. Anhand der ermittelten Indikationen ist es künftig auf den analysierten Stationen möglich, anhand der von der Apotheke ermittelten Verbrauchsdaten die Compliance abzuschätzen und Interventionsprogramme zur Verbesserung der Compliance umzusetzen. Die unterschiedliche Anzahl sich ergebender Indikationen für die fünf Momente bietet die Möglichkeit, in zukünftigen Interventionsprogrammen verstärkt auf Schwachstellen einzugehen.
Background
The approval of ethanol by the Biocidal Products Regulation has been under evaluation since 2007. This follows concern over alcohol uptake from ethanol-based hand rubs (EBHR). If ethanol is classified as carcinogenic, mutagenic, or reprotoxic by the European Chemicals Agency (ECHA), then this would affect infection prevention and control practices.
Aim
A review was performed to prove that ethanol is toxicological uncritical and indispensable for hand antisepsis because of its unique activity against non-enveloped viruses and thus the resulting lack of alternatives. Therefore, the following main points are analyzed: The effectiveness of ethanol in hand hygiene, the evidence of ethanol at blood/tissue levels through hand hygiene in healthcare, and the evidence of toxicity of different blood/tissue ethanol levels and the non-comparability with alcoholic consumption and industrial exposure.
Results
EBHR are essential for preventing infections caused by non-enveloped viruses, especially in healthcare, nursing homes, food industry and other areas. Propanols are effective against enveloped viruses as opposed to non-enveloped viruses but there are no other alternatives for virucidal hand antisepsis. Long-term ingestion of ethanol in the form of alcoholic beverages can cause tumours. However, lifetime exposure to ethanol from occupational exposure < 500 ppm does not significantly contribute to the cancer risk. Mutagenic effects were observed only at doses within the toxic range in animal studies. While reprotoxicity is linked with abuse of alcoholic beverages, there is no epidemiological evidence for this from EBHR use in healthcare facilities or from products containing ethanol in non-healthcare settings.
Conclusion
The body of evidence shows EBHRs have strong efficacy in killing non-enveloped viruses, whereas 1-propanol and 2-propanol do not kill non-enveloped viruses, that pose significant risk of infection. Ethanol absorbed through the skin during hand hygiene is similar to consumption of beverages with hidden ethanol content (< 0.5% v/v), such as apple juice or kefir. There is no risk of carcinogenicity, mutagenicity or reprotoxicity from repeated use of EBHR. Hence, the WHO Task Force strongly recommend retaining ethanol as an essential constituent in hand rubs for healthcare.
Aim
Periprosthetic joint infections are a devastating complication after arthroplasty, leading to rejection of the prosthesis. The prevention of septic loosening may be possible by an antimicrobial coating of the implant surface. Poly (hexamethylene) biguanide hydrochloride [PHMB] seems to be a suitable antiseptic agent for this purpose since previous studies revealed a low cytotoxicity and a long-lasting microbicidal effect of Ti6Al4V alloy coated with PHMB. To preclude an excessive activation of the immune system, possible inflammatory effects on macrophages upon contact with PHMB-coated surfaces alone and after killing of S. epidermidis and P. aeruginosa are analyzed.
Methods
THP-1 monocytes were differentiated to M0 macrophages by phorbol 12-myristate 13-acetate and seeded onto Ti6Al4V surfaces coated with various amounts of PHMB. Next to microscopic immunofluorescence analysis of labeled macrophages after adhesion on the coated surface, measurement of intracellular reactive oxygen species and analysis of cytokine secretion at different time points without and with previous bacterial contamination were conducted.
Results
No influence on morphology of macrophages and only slight increases in iROS generation were detected. The cytokine secretion pattern depends on the surface treatment procedure and the amount of adsorbed PHMB. The PHMB coating resulted in a high reduction of viable bacteria, resulting in no significant differences in cytokine secretion as reaction to coated surfaces with and without bacterial burden.
Conclusion
Ti6Al4V specimens after alkaline treatment followed by coating with 5–7 μg PHMB and specimens treated with H2O2 before PHMB-coating (4 μg) had the smallest influence on the macrophage phienotype and thus are considered as the surface with the best cytocompatibility to macrophages tested in the present study.
AbstractPlasma medicine refers to the application of nonequilibrium plasmas at approximately body temperature, for therapeutic purposes. Nonequilibrium plasmas are weakly ionized gases which contain charged and neutral species and electric fields, and emit radiation, particularly in the visible and ultraviolet range. Medically-relevant cold atmospheric pressure plasma (CAP) sources and devices are usually dielectric barrier discharges and nonequilibrium atmospheric pressure plasma jets. Plasma diagnostic methods and modelling approaches are used to characterize the densities and fluxes of active plasma species and their interaction with surrounding matter. In addition to the direct application of plasma onto living tissue, the treatment of liquids like water or physiological saline by a CAP source is performed in order to study specific biological activities. A basic understanding of the interaction between plasma and liquids and bio-interfaces is essential to follow biological plasma effects. Charged species, metastable species, and other atomic and molecular reactive species first produced in the main plasma ignition are transported to the discharge afterglow to finally be exposed to the biological targets. Contact with these liquid-dominated bio-interfaces generates other secondary reactive oxygen and nitrogen species (ROS, RNS). Both ROS and RNS possess strong oxidative properties and can trigger redox-related signalling pathways in cells and tissue, leading to various impacts of therapeutic relevance. Dependent on the intensity of plasma exposure, redox balance in cells can be influenced in a way that oxidative eustress leads to stimulation of cellular processes or oxidative distress leads to cell death. Currently, clinical CAP application is realized mainly in wound healing. The use of plasma in cancer treatment (i.e. plasma oncology) is a currently emerging field of research. Future perspectives and challenges in plasma medicine are mainly directed towards the control and optimization of CAP devices, to broaden and establish its medical applications, and to open up new plasma-based therapies in medicine.