Dokument: Kaltes atmosphärisches Plasma und seine Wirkung auf humanes Knochengewebe sowie humane Osteoblasten in vitro
| Titel: | Kaltes atmosphärisches Plasma und seine Wirkung auf humanes Knochengewebe sowie humane Osteoblasten in vitro | |||||||
| URL für Lesezeichen: | https://docserv.uni-duesseldorf.de/servlets/DocumentServlet?id=69398 | |||||||
| URN (NBN): | urn:nbn:de:hbz:061-20250423-112027-8 | |||||||
| Kollektion: | Dissertationen | |||||||
| Sprache: | Deutsch | |||||||
| Dokumententyp: | Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation | |||||||
| Medientyp: | Text | |||||||
| Autor: | Otto, Felix [Autor] | |||||||
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| Beitragende: | Prof. Dr. rer. nat. Suschek, Christoph Viktor [Gutachter] Priv.-Doz. Dr. rer. nat. Mahotka, Czaba [Gutachter] | |||||||
| Stichwörter: | kaltes atmosphärisches Plasma, Osteoblasten, Knochenheilung, DBD | |||||||
| Dewey Dezimal-Klassifikation: | 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften » 610 Medizin und Gesundheit | |||||||
| Beschreibungen: | Eine Wundinfektion nach knöcherner Verletzung sowie Erregerbesiedlung des Osteosynthesematerials nach operativer Versorgung sind häufige Komplikationen. Studien konnten zeigen, dass kaltes atmosphärisches Plasma (CAP) in der Lage ist, selbst multiresistente Erreger abzutöten, es könnte somit die Rate dieser Komplikationen senken. Daher wurden in dieser Arbeit die Effekte von CAP auf humane Osteoblasten und humanes Knochengewebe untersucht, um geeignete Behandlungsparameter zu finden und negative Effekte auf die Knochenheilung zu minimieren. Das verwendete CAP wurde durch ein Dielectric-Barrier-Discharge-Gerät (DBD) unter starken, wechselnden (300/600 Hz) elektrischen Feldern (13,5 kV) aus der Umgebungsluft generiert und für die Behandlung von Zellen, Behandlungsmedien und Knochengewebe genutzt. Osteoblasten und Knochenbiopsien wurden für die CAP-Behandlung aus Hüftköpfen - aus Hüftgelenksersatzoperationen - isoliert und gewonnen. Mit Hilfe von Viabilitäts- (Resazurin) und Differenzierungs-Assays (Alizarinrot) konnte ein mitunter stark hemmender Effekt auf die Viabilität und die Ausbildung einer Knochenmatrix aufgezeigt werden, dessen Ausprägung von der Frequenz, Behandlungsdauer und Inkubationszeit der Zellen mit dem Behandlungsmedium (PBS) nach Behandlung abhängig war. Während die Kontrolle nach 21 Tagen eine Verdopplung der Viabilität zeigte, führte z.B. eine 5-min CAP-Behandlung bei 300 Hz mit 20-min Belassen des behandelten Mediums auf den Zellen zu einer Stagnation der Viabilität auf Ausgangsniveau an Tag 0. Auch bei 600 Hz und kürzeren Behandlungszeiten (1, 3 min) zeigte dieses Vorgehen nach 21 Tagen signifikant niedrigere Unterschiede zur Kontrolle. Die Knochenbildung zeigte sich ebenfalls gehemmt und fiel z.B. bei 300 Hz um 2729 % zur Kontrolle ab. Eine CAP-Behandlung von Knochenbiopsien mit anschließendem direkten Mediumwechsel zeigte hingegen, dass diese bei 600 Hz und einer Behandlungszeit von 150 s an Tag 7, 23 und 31 eine leichte Erhöhung der Viabilität verursachte. Sie lag um 62, 65 und 84 % höher als die Kontrolle. Die Ergebnisse weisen insgesamt darauf hin, dass CAP, insbesondere bei langen Behandlungszeiten, sowohl das Zellwachstum als auch die Ausbildung einer Knochenmatrix hemmen kann. Dennoch konnten im Knochengewebe bei höherer Frequenz und kürzerer Behandlungszeit auch positive Effekte erzielt und das Zellwachstum stimuliert werden. Zukünftige Studien sollten hier ansetzen, um die Knochenheilung sowie die antimikrobielle Effektivität dieser CAP-Parameter zu untersuchen und möglicherweise für die Klinik nutzbar zu machen.Wound infection after bone injury and pathogen colonization of osteosynthesis material after surgical treatment are common complications. Studies have shown that cold atmospheric plasma (CAP) is able to kill even multidrug-resistant pathogens and could so reduce the rate of these complications. Therefore, in this work the effects of CAP on human osteoblasts and human bone tissue were investigated to find suitable treatment parameters and to minimize negative effects on bone healing. The CAP utilized was generated by a Dielectric Barrier Discharge device (DBD) under strong, alternating (300/600 Hz) electric fields (13.5 kV) from ambient air and used for the treatment of cells, treatment media and bone tissue. Osteoblasts and bone biopsies were isolated and obtained from femoral heads from hip replacement surgery for CAP treatment. Using viability (resazurin) and differentiation assays (alizarin red), a strongly inhibitory effect on the viability and formation of a bone matrix was sometimes demonstrated, the markedness of which was dependent on the frequency, treatment duration and incubation time of the cells with the treatment medium (PBS) after treatment. While the control showed a doubling of viability after 21 days, a 5 min CAP treatment at 300 Hz with the treated medium left on the cells for 20 min, for example, led to a stagnation of viability at the initial level on day 0. Even at 600 Hz and shorter treatment times (1, 3 min), this procedure showed significantly lower differences to the control after 21 days. Bone formation was also inhibited and fell by 2729 % compared to the control at 300 Hz, for example. In contrast, CAP treatment of bone biopsies with subsequent direct medium change showed that this caused a slight increase in viability at 600 Hz and a treatment time of 150 s on days 7, 23 and 31. It was 62, 65 and 84 % higher than the control. Overall, the results indicate that CAP can inhibit cell growth and the formation of a bone matrix, especially with long treatment times. Nevertheless, positive effects were also achieved in bone tissue at higher frequencies and shorter treatment times and cell growth was stimulated. Future studies should start up here in order to investigate bone healing and the antimicrobial effectiveness of these CAP parameters and possibly make them usable for clinical applications. | |||||||
| Lizenz: |  Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz | |||||||
| Fachbereich / Einrichtung: | Medizinische Fakultät | |||||||
| Dokument erstellt am: | 23.04.2025 | |||||||
| Dateien geändert am: | 23.04.2025 | |||||||
| Promotionsantrag am: | 22.11.2024 | |||||||
| Datum der Promotion: | 15.04.2025 |
