Novel strategies for the inhibition of biofilm formation on polymer surfaces

Terenzi, Carla; Höcker, Hartwig

doi:27385

Novel strategies for the inhibition of biofilm formation on polymer surfaces = Neue Strategien zur Inhibition der Biofilm-Bildung auf polymeren Oberflächen

Terenzi, Carla (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Carla Terenzi

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangXII, 110 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Höcker, Hartwig (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-05-18

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-17284
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/61536/files/Terenzi_Carla.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Biowissenschaften, Biologie (frei) ; Biofilm (frei) ; Biopolymere (frei) ; Inhibition (frei) ; antibakterielle Beschichtungen (frei) ; antibacterial surface modification (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 570

Kurzfassung
Das Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung neuartiger Strategien zur Inhibierung bakterieller Adhäsion und Biofilmbildung auf Polymeroberflächen. Es wurden zwei unterschiedliche anti quorum sensing (QS) Moleküle, d.h. Verbindungen die das Kommunikationssystem der Bakterien beeinträchtigen eingesetzt: 3-butyl-5-(bromomethylen)-2(5H)-furanon und das RNA III inhibiting peptid (RIP). Diese Substanzen weisen gegenüber den gegenwärtig zur Therapie eingesetzten antimikrobiellen Stoffen einen großen Vorteil auf: da anti-QS Moleküle die Bakterien nicht abtöten ist nicht mit dem Auftreten von Resistenzen zu rechnen. 3-butyl-5-(bromomethylen)-2(5H)-furanon ist ein sekundär Metabolit der Australischen makro-Alge Delisea Pulchra, der dazu dient, die Algenoberfläche vor dem Befall und der Zersetzung durch marittime Organismen zu bewahren. Um den Abwehrmechanismus der Makro-Alge zu imitieren, wurden die anti-QS Moleküle synthetisiert und in Folien aus dem kommerziell erhältlichen und in der Medizin bereits etablierten Poly(D,L-lactid) (Resomer® 208) inkorporiert. Das Freisetzungsverhalten der mit dem halogenierten Furanon beladenen Folien wurde in vitro untersucht. Das RIP wurde (YSPWTNF) als anti-biofilm Beschichtung für das nicht resorbierbare Polyvinylidenfluorid (PVDF) eingesetzt. Die Amid-Form des RIP wurde mittels Festphasensynthese (SPPS) synthetisiert. Nach Isolierung, Reinigung und vollständiger Charakterisierung, wurden die anti-QS Moleküle auf der PVDF Oberfläche immobilisiert. Da PVDF nicht sehr reaktionsfähig ist, wurde die Polymäreoberfläche mittels einer argonplasmainduzierten Pfropfcopolymerisation von Acrylsäure(AAc) aktiviert und funktionalisiert. Anschließend, wurde der Bioligand RIP NH2 an die Carboxylgruppen der generierten PAAc-Schicht kovalent gebunden. Alle Schritte der Immobilisierungs-Sequenz wurden mit Hilfe verschiedener Oberflächen-sensitiver Techniken untersucht. Abschließend wurden die antibakterielle Eigenschaften der mit RIP modifizierten PVDF-Oberflächen mittels eines pico Green assay mit Staphylococcus aureus (ATCC 29213) beurteilt. Ein weiterer Teil dieser Arbeit beschreibt die Verkapslung von Kathon® 910 SB, einem Wirkstoff der gegen ein breites Spektrum von Bakterien und Pilzen wirksam ist, in Poly(dimethyl siloxan) (PDMS) Mikrosphären. Die antibakteriellen und fungiziden Eigenschaften der hergestellten Mikrosphären wurden mittels Hemmreihentests und Agarlochtests untersucht.

The aim of this work was the development of new strategies to prevent bacterial adhesion and biofilm formation on biomaterial surfaces. Two different anti-quorum sensing (QS) molecules, i.e. compounds that inhibit the communication system of bacteria, were employed: 3-butyl-5-(bromomethylene)-2(5H)-furanone and the RNA III inhibiting peptide (RIP). These molecules have a big advantage compared to the currently used antimicrobial agents, since they do not kill bacteria, they are unlikely to induce bacterial resistance. 3 Butyl 5 (bromomethylene) 2(5H) furanone is one of the secondary metabolites produced by the Australian macroalga Delisea pulchra to protect its surface from colonization and fouling by marine organisms. In order to mimic the defense mechanism evolved by the macroalga, the anti-QS molecule was synthesized and incorporated into films of the commercially available poly(D,L lactide) (PDLLA) (Resomer® 208), a polymer with long history in biomedical applications. Subsequently the release behavior of the halogenated furanone-loaded PDLLA films was investigated in an in vitro experiment. The RIP peptide (YSPWTNF) was used as an anti-biofilm coating for the non degradable polymer polyvinylidene fluoride (PVDF). The RIP peptide’s amide form was synthesized by solid phase peptide synthesis (SPPS). After isolation, purification and complete characterization, the anti QS-molecule was covalently coupled to the PVDF surface. As PVDF does not posses functional groups, which allow a surface modification, a plasma induced graft polymerization method was applied to activate and functionalize the polymer surface. Acrylic acid (AAc) was polymerized onto the surface of Argon-plasma activated PVDF. The bioligand RIP NH2 was then immobilized to the prepared carboxy functionalized PVDF-g-PAAc surface. Each step of the immobilization sequence was characterized by means of different surface sensitive techniques. Finally, the antibacterial properties of RIP NH2 coated PVDF surfaces were determined in vitro by means of a pico Green assay using Staphylococcus aureus (ATCC 29213). Another part of this work dealt with the encapsulation of Kathon® 910 SB, a formulation with a broad spectrum of activity against bacteria and fungi, into poly(dimethyl siloxane) (PDMS) microspheres. The antibacterial and antifungal properties of the prepared microspheres were investigated by means of dilution tests and agar diffusion hole tests.

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