Javascript ist derzeit in Ihrem Browser deaktiviert.Mehrere Funktionen dieser Website funktionieren nicht, wenn Javascript deaktiviert ist.freier Zugang zu wissenschaftlicher und medizinischer ForschungPeer-reviewte wissenschaftliche und medizinische Open-Access-Zeitschriften.Dove Medical Press ist Mitglied des OAI.Massennachdrucke für die pharmazeutische Industrie.Wir bieten unseren Autoren echte Vorteile, einschließlich der beschleunigten Bearbeitung von Papieren.Registrieren Sie Ihre spezifischen Daten und spezifischen Arzneimittel von Interesse, und wir werden die von Ihnen bereitgestellten Informationen mit Artikeln aus unserer umfangreichen Datenbank abgleichen und Ihnen umgehend PDF-Kopien per E-Mail zusenden.Zurück zu Zeitschriften » International Journal of Nanomedicine » Volume 13Autoren Dos Santos Ramos MA, Da Silva PB, Spósito L, De Toledo LG, Bonifácio BV, Rodero CF, Dos Santos KC, Chorilli M, Bauab TMVeröffentlicht am 27. Februar 2018 Band 2018:13 Seiten 1179–1213DOI https://doi.org/10.2147/IJN.S146195Begutachtung durch einmaliges anonymes Peer-ReviewHerausgeber, der die Veröffentlichung genehmigt hat: Dr. Thomas J. WebsterMatheus Aparecido Dos Santos Ramos,1 Patrícia Bento Da Silva,2 Larissa Spósito,1 Luciani Gaspar De Toledo,1 Bruna Vidal Bonifácio,1 Camila Fernanda Rodero,2 Karen Cristina Dos Santos,2 Marlus Chorilli,2 Taís Maria Bauab1 1São Paulo State University (UNESP), School of Pharmaceutical Sciences, Campus Araraquara, Department of Biological Sciences, Araraquara, SP, Brasilien;2São Paulo State University (UNESP), School of Pharmaceutical Sciences, Campus Araraquara, Department of Drugs and Medicines.Araraquara, SP, Brasilien Zusammenfassung: Seit Anbeginn der Zivilisation ist bekannt, dass pathogene Mikroorganismen beim Menschen Infektionskrankheiten verursachen, die sich manchmal als tödlich erweisen können.Zu den unterschiedlichen virulenten Eigenschaften von Mikroorganismen gehört ihre Fähigkeit, Biofilme zu bilden, was in direktem Zusammenhang mit der Entwicklung chronischer Infektionen mit zunehmender Schwere der Erkrankung steht.Ein Problem bei der Eliminierung solcher komplexer Strukturen (Biofilme) ist die Resistenz gegen die Arzneimittel, die derzeit in der klinischen Praxis verwendet werden, und daher wird es zwingend erforderlich, nach neuen Verbindungen zu suchen, die eine Anti-Biofilm-Aktivität aufweisen.In diesem Zusammenhang bietet die Nanotechnologie sichere Plattformen für die gezielte Abgabe von Medikamenten zur Behandlung zahlreicher mikrobieller Infektionen, die durch Biofilme verursacht werden.Zu den vielen Anwendungen solcher auf Nanotechnologie basierender Arzneimittelabgabesysteme gehört ihre Fähigkeit, das bioaktive Potenzial von Therapeutika zu steigern.Die vorliegende Studie berichtet über die Verwendung wichtiger Nanopartikel wie Liposomen, Mikroemulsionen, Cyclodextrine, feste Lipid-Nanopartikel, polymere Nanopartikel und metallische Nanopartikel bei der Kontrolle mikrobieller Biofilme durch gezielte Arzneimittelabgabe.Eine solche Nutzung dieser Nanosysteme hat zu einem besseren Verständnis ihrer Anwendungen und ihrer Rolle bei der Bekämpfung von Biofilmen geführt.Schlüsselwörter: Nanotechnologiesysteme, mikrobielle Biofilme, Anti-Biofilm-AktivitätDie Inzidenz von Infektionskrankheiten nimmt weiterhin jedes Jahr exponentiell zu und steht in direktem Zusammenhang mit hohen Morbiditäts- und Mortalitätsraten.1 Die komplexe Dynamik von Infektionskrankheiten hat die Aufmerksamkeit mehrerer Wissenschaftler auf sich gezogen, um die möglichen Ursachen zu untersuchen, die dazu führen Persistenz und Ausbreitung akuter und chronischer Infektionen.2 Akute Infektionen werden durch mikrobielle Zellen ausgelöst, die sich in ihrer planktonischen Form befinden;Im Laufe der Zeit entwickeln solche Mikroben jedoch Strategien, um ihr Überleben und ihre Anpassung an die stressigen Umgebungen sicherzustellen.Dies führt zur Bildung einer kohäsiven und starken Gemeinschaft von Zellen, die eine interzelluläre Kommunikation besitzen, bekannt als Biofilm.3,4Mikrobielle Biofilme können als heterogene Gemeinschaften (die die Artenvielfalt darstellen, beispielsweise eine symbiotische Vereinigung von Bakterien und Pilzen) von aggregierten, organisierten und funktionellen mikrobiellen Zellen definiert werden, die in die Matrix aus extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) eingebettet bleiben, was dies ermöglicht ihre irreversible Adhäsion an biotische oder abiotische Oberflächen.5,6Die EPS-Matrix wird in erster Linie von den den Biofilm bildenden Mikroorganismen selbst produziert;Ersteres besteht insbesondere aus Nukleinsäuren, extrazellulären Proteinen, Phospholipiden, Teichonsäure und Exopolysacchariden.Abhängig von den Bedingungen und Orten, an denen sich Biofilme bilden, können auch Mineralkristalle, Schlick, Milchrückstände und Blutbestandteile oder Schmutz in der EPS-Matrix vorhanden sein.7 Molekulare Wechselwirkungen zwischen der EPS-Matrix und ihren verschiedenen Komponenten und der Beitrag der Bestandteile zur Integrität der Matrix sind noch nicht klar verstanden.Es wurden jedoch mehrere EPS-Funktionen ermittelt, die sich für Biofilme als vorteilhaft erwiesen haben.8Die Bildung von Biofilmen, normalerweise mit einer Dicke im Milli- oder sogar Mikrometerbereich, tritt auf natürliche Weise um feste Oberflächen auf, die mit Wasser in Kontakt kommen, wie z. B. lebendes Gewebe, medizinische Geräte und Gewässer/Systeme.9 In der Umwelt und sogar auf Auf abiotischen Oberflächen ist es sehr üblich, mikrobielle Biofilme mit anderen kommensalen Arten zu finden, die daher als Biofilm-Multispezies bezeichnet werden.10 Bakterien und Pilze sind beide in der Lage, Biofilme auf Oberflächen zu bilden, aber bestimmte Faktoren, die im Verlauf ihrer Bildung beteiligt sind, unterscheiden sich von einander.Studien von Almeida und França11 sowie Percival et al.12 zeigten, dass Biofilme heterogene Strukturen sind und diese aus diskontinuierlichen Phasen auf der Trägeroberfläche bestehen;das heißt, es kann einen Bereich mit hoher Zelldichte zusammen mit Bereichen geben, in denen möglicherweise keine Besiedelung stattfindet.Darüber hinaus wurde eine große Vielfalt in der Morphologie dieser Zellen aufgezeichnet;Mikroben können unterschiedliche Formen haben, wie z. B. filamentös, spiralförmig oder stäbchenförmig, oder sie können als Kokken oder Bazillen existieren.11,12Derzeit ist das Hauptanliegen der auf diesem Gebiet arbeitenden medizinischen Forscher die Adhäsion und Vermehrung der Biofilm-bildenden Mikroorganismen, deren Hemmung eine erfolgreiche Strategie zur Bekämpfung der Biofilmbildung sein kann.Daher wird empfohlen, Edelstahl für die Herstellung von chirurgischen Geräten zu verwenden, da dieses Material korrosions- und bruchfest ist.Alle diese Maßnahmen sind aufgrund der Fähigkeit von Biofilmen, sich auf porösen und rauen Oberflächen zu vermehren und zu fixieren, zwingend erforderlich.13Im Allgemeinen ist die Entwicklung eines Biofilms auf einer biotischen oder abiotischen Oberfläche ein dynamischer Prozess, der verschiedene Schritte umfasst, nämlich Adhäsion, Wachstum und Produktion einer EPS-Matrix.4 Ein Zyklus, der die fünf aufeinanderfolgenden Stadien angibt, die an der Bildung von Biofilm beteiligt sind ist in Abbildung 1 dargestellt.Abbildung 1 Stadien der mikrobiellen Biofilmbildung auf einer Oberfläche.Hinweise: Die Stadien umfassen: Anhaftung mikrobieller Zellen (1), reversible Adhäsion (2), irreversible Adhäsion (3), Reifung (4) und Ablösung von Zellen (5).Die Pfeile erklären die Migration einzelner Zellen und Biofilmstücke in der EPS-Matrix, die nach der Ablösungsphase freigesetzt werden, und die Fähigkeit, den Bildungsprozess neu zu starten.Abkürzung: EPS, extrazelluläre polymere Substanzen.Die fünf aufeinanderfolgenden Phasen werden im Folgenden beschrieben:Stufe 1: In diesem Schritt erfolgt die Ablagerung freier Planktonzellen durch die Ankunft von Mikroben an der Adhäsionsstelle.Das Vorhandensein von Makromolekülen, die den Begrenzungsfilm als Substrat für die mikrobiellen Zellen bilden, initiiert die Biofilmbildung.14Stufe 2: Diese Phase, die als reversible Adhäsionsphase bekannt ist, markiert den Beginn der Adhäsion mikrobieller Zellen und des Kommunikationsprozesses zwischen ihnen, der für die nachfolgenden Schritte verantwortlich ist.Obwohl in kleinen Mengen, kann die EPS-Matrix in diesem Stadium beobachtet werden.15Stufe 3: Nach der anfänglichen Adhäsion an der Oberfläche festigen die Zellen, die noch schwache Bindungen mit der Oberfläche haben, den Adhäsionsprozess durch eine hohe EPS-Produktion, was zu einer Erhöhung ihrer Reproduktionsrate führt.Die Matrix fungiert auch als Recyclingzentrum, da sie bekanntermaßen alle verfügbaren lysierten Zellbestandteile einschließlich der DNA enthält;Daher kann es als genetisches Materialreservoir angesehen werden, um einen horizontalen Gentransfer und eine Nährstoffquelle zu ermöglichen, und bietet Schutz vor widrigen Bedingungen wie Austrocknung, Oxidation, Exposition gegenüber Bioziden, Antibiotika, bestimmten Metallkationen und ultravioletter Strahlung Immunantworten.Die Produktion der Matrix repräsentiert die erfolgreiche Bildung von Biofilmgemeinschaften und die Vermehrung und das Überleben der Zellen in ihrer lokalen Umgebung.16,17Stufe 4: Der Reifungsschritt oder Biofilmerhalt repräsentiert die Dynamik zwischen den mikrobiellen Zellen und der Biofilmarchitektur.In diesem Schritt erfolgt die Replikation der Mikroorganismen, wodurch eine intensive Kommunikation über Signalmoleküle (Quorum Sensing, QS) entsteht.Ein solcher Mechanismus ermöglicht es einzelnen Zellen, ihre Aktionen zu kommunizieren und zu koordinieren, indem sie extrazelluläre Signalmoleküle produzieren und erkennen, die als Autoinduktoren bezeichnet werden und für die Aufnahme des Substrats in den Biofilm verantwortlich sind.Darüber hinaus können in diesem Schritt auch andere Mikroorganismen anhaften, um einen Multispezies-Biofilm zu bilden.18Stufe 5: In dieser Stufe erfolgt die Ablösung des Inneren der Biofilmzellen.Die hohe Populationsdichte bewirkt die Freisetzung der gepackten Zellen in einem Array an die äußere Umgebung.Planktonzellen werden wieder in die Umgebung freigesetzt, und diese Zellen beginnen den Kreislauf erneut.17Der eigentliche Mechanismus hinter der Biofilmbildung ist noch unbekannt und wird noch viele Jahre ein heißes Thema der wissenschaftlichen Forschung bleiben.Dennoch ist bekannt, dass die Zusammensetzung des Biofilms und die beteiligten Mechanismen mit der Resistenz und Virulenz der Mikroben zusammenhängen.Entsprechend der Komplexität von Krankheiten, die mit mikrobiellen Biofilmen verbunden sind, schlagen wir in dieser Arbeit einen strukturierten Überblick über die Auswirkungen mikrobieller Biofilme auf Infektionskrankheiten vor und stellen die wichtigsten auf Nanotechnologie basierenden Arzneimittelabgabesysteme als Strategie zur Kontrolle und Behandlung von Biofilmen vor in einer Behandlungsperspektive.In den letzten 20 Jahren stellten bakterielle Infektionen eine erhebliche Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar.Die Infektionen können als isolierte Krankheit oder systemisch auftreten und treten hauptsächlich in Krankenhausumgebungen auf.19Unter allen Mikroorganismen sind die Bakterienarten die Hauptproduzenten von Biofilmen, vorausgesetzt, die Bedingungen sind günstig, obwohl einige möglicherweise eine größere Fähigkeit haben als andere.Die meisten Arten weisen eine hohe Wachstumsrate, eine große Anpassungsfähigkeit und die Kompetenz zur Produktion von Substanzen und extrazellulären Strukturen auf, die die Mikroben in ihrem Lebensraum schützen und diese gemäß ihren Eigenschaften in die Lage versetzen, jede Art von Oberfläche auch unter ungünstigen Bedingungen perfekt zu besiedeln Bedingungen.20Bakterien zeigen zwei Überlebenszustände, nämlich die planktonische Form (einzelne/freie Zellen) und die Populationsaggregate (Biofilme).Die bakterielle Entwicklung in der planktonischen Form ist ein wichtiges Phänomen für die Ausbreitung von Biofilmen.Dennoch hängt das Überleben eines Biofilms als Abwehrmechanismus von seiner Erhaltung ab, die von seinem fortgesetzten Lebenszyklus abhängt, wenn der Biofilm Sicherheit gegen nachteilige extrinsische Umweltfaktoren bietet.21,22Es gibt bestimmte Vorteile bakterieller Biofilme, zum Beispiel die ökologische Beteiligung an symbiotischen Beziehungen.Beispiele für dieses Phänomen sind in der Natur reichlich vorhanden, und solche, die solche Beziehungen aufweisen, umfassen diazotrophe prokaryotische Bakterien, die Pflanzenwurzeln besiedeln, und mehrere andere Bakterien, die im Verdauungstrakt von Wiederkäuern vorkommen, wo sie den Abbau und das Recycling von unlöslichen Materialien fördern.21Während des gesamten Prozesses der bakteriellen Biofilmbildung sind komplexe Faktoren beteiligt, die kaum verstanden wurden und die wissenschaftliche Gemeinschaft dazu inspiriert haben, die gesamte Dynamik der komplexen mikrobiellen Architektur zu analysieren.Der Kontakt von Bakterien mit biotischen und abiotischen Oberflächen ist die erste Stufe der Biofilmbildung, die als wichtiger und komplexer Prozess angesehen wird.23Betrachtet man nur die abiotischen Oberflächen, so scheint die anfängliche Anziehung planktonischer Bakterienzellen zur Oberfläche zufällig durch Brownsche Bewegung und Gravitationskraft oder gelenkt durch Chemotaxis und Motilität zu erfolgen.24Motilität ist eine der äußerst wichtigen Eigenschaften, da Studien gezeigt haben, dass begeißelte Bakterien oder Bakterien mit größerer Fortbewegungsfähigkeit komplexere und strukturiertere Biofilme bilden.Außerdem wird die Möglichkeit, an andere Orte zu migrieren, erhöht.25Bakterien fördern eine Vielzahl von Adhäsionsstrategien, um mit der Fixierungsoberfläche in Kontakt zu bleiben;Danach fördern die Mikroben die Freisetzung der EPS-Mischung, was ihre Affinität zu verschiedenen Arten von Oberflächen erhöht, z. B. zu porösen, rauen und chemisch heterogenen Oberflächen.8Die reversible Adhäsion erfolgt durch unspezifische physikalisch-chemische Wechselwirkungen zwischen den Bakterien und dem Material, einschließlich der hydrodynamischen Kräfte, elektrostatischen Wechselwirkungen, Van-der-Waals-Kräfte und hydrophoben Wechselwirkungen.21,26 Außerdem nutzen die Bakterien einige ihrer Proteinstrukturen, z B. Pilli und Fimbrien, um die Haftung auf Oberflächen zu verbessern.Außerdem verfügen Bakterien auch über Mechanismen, um die Abstoßungskräfte zwischen der Zellmembran und abiotischen Oberflächen zu überwinden, insbesondere in Gegenwart eines konditionierenden Films, der leicht in biomedizinischen Geräten zu finden ist.8,27,28Die Zusammensetzung eines Konditionierungsfilms oder eines organischen Films ist variabel und hängt von der Stelle der Biofilmbildung ab.Dennoch enthält seine Grundkonstitution Proteine ​​wie Albumin, Immunglobulin, Fibrinogen und Fibronectin.29 Daher fungiert der Film als Substrat für die anfängliche Etablierung des Biofilms.Wenn eine angemessene Nähe und andere prädisponierende Faktoren für eine angemessene Verlängerung der Biofilmbildung erreicht werden, fördern die Bakterienzellen eine verstärkte Produktion, Freisetzung und Erkennung von selbstinduzierenden Signalmolekülen, die die Biofilmbildung regulieren.30,31Im weiteren Verlauf des Adhäsionsprozesses führt die Akkumulation solcher Signalmoleküle zur Induktion und Transkription spezifischer Gene, die verschiedene bakterielle Funktionen wie Beweglichkeit, Virulenz und Produktion der EPS-haltigen Matrix regulieren und somit die Biofilmbildung verstärken (Bildung stärkerer Strukturen mit dynamischer Komplexität).Die Erzeugung der EPS-Matrix erleichtert auch die Besiedelung durch andere Arten.Es wird vermutet, dass innerhalb eines Multispezies-Biofilms das EPS die Stabilität der anderen Spezies erhöht, indem es Wechselwirkungen zwischen den Polymeren verschiedener Spezies vermittelt.32Nach Abschluss des reversiblen Adhäsionsschritts tritt die irreversible Adhäsionsphase auf, die auf die Bakterien zurückzuführen ist, die immer noch schwache Wechselwirkungen mit der Oberfläche haben, aber aufgrund der hohen Produktion von EPS und der auf Zellsignalen basierenden Kommunikation am Substrat haften bleiben.33Der als QS bezeichnete Zell-zu-Zell-Kommunikationsprozess findet sich in mehreren pathogenen Bakterien, die Vorteile wie die Fähigkeit zur Sporulation, Expression von Virulenzgenen, DNA-Transfer, Biofilmbildung und sogar Antibiotikaproduktion bieten.Die molekularen Vorgänge in Bakterien werden teilweise durch QS über chemische Signale gesteuert, und ein solcher Mechanismus der intrazellulären Kommunikation hängt von der Populationsdichte innerhalb eines Biofilms ab.34In bakteriellen Biofilmen ist QS ein häufiges Phänomen, das den Zugang zu Nährstoffen oder günstigeren Umweltstandorten begünstigt, wodurch Bakterien Abwehrreaktionen gegen eukaryotische Wirte auslösen und gleichzeitig ihre Fähigkeit optimieren können, sich in die am besten geeigneten Formen für ihre Ernährung und ihr Überleben in rauen Umgebungen zu differenzieren.Die chronischen bakteriellen Infektionen hängen hauptsächlich mit dem gesamten Biofilmbildungszyklus zusammen.Einige der wichtigsten Bakterienarten, die eine Infektion in inneren menschlichen Organen auslösen können, sind Pseudomonas aeruginosa, der Hauptverursacher von Lungenentzündung und zystischer Fibrose (CF),35 Escherichia coli, der Erreger von Harnwegsinfektionen (HWI). ),36 und Mycobacterium tuberculosis, das menschliche Tuberkulose verursacht.37Bei durch Streptococcus mutans verursachten Zahninfektionen (Zahnkaries) überstehen die Bakterien die mechanische Reinigung und die antimikrobiellen Behandlungen38, indem sie Biofilme bilden.Da die Menge an kolonisierten Bakterien in der Mundhöhle hoch ist und die Erneuerung der Biofilmmasse leicht erreicht wird, erwirbt S. mutans sehr friedlich eine Resistenz gegen die Medikamente.Die Implantation medizinischer Geräte wie intravenöse Katheter, Herzklappenprothesen, Gelenkprothesen, Peritonealdialysekatheter, Herzschrittmacher und Endotrachealtuben ist eine praktikable Alternative, die den Erhalt des Lebens eines Patienten sichert.Das Vorhandensein von bakteriellen Biofilmen auf solchen Medizinprodukten wurde jedoch als Hauptursache für klinische Infektionen identifiziert.Der Grund dafür ist die leichte Bildung von Biofilmen aufgrund der vom Wirt erzeugten Entzündungsreaktionen, die es Bakterien weiter ermöglichen, sich an den Oberflächen der Geräte festzusetzen.23,39 Gram-positive Arten wie Staphylococcus epidermidis und Staphylococcus aureus besiedeln und bilden Biofilme auf Medizinprodukten, gefolgt von gramnegativen Arten wie P. aeruginosa.40Das Vorhandensein von Biofilmen auf kardiovaskulären elektronischen Geräten (CEDs) wird sehr häufig in der medizinischen Routine beobachtet, was ein erhebliches Risiko für die Gesundheit des Wirts darstellt und zu einem beeinträchtigten Immunsystem führt.41 Die wichtigsten Bakterienarten, die in Biofilmen gefunden werden, die an der CED-Oberfläche haften, gehören dazu zur Gattung Staphylococcus, beispielsweise S. epidermidis und S. aureus, und diese entsprechen etwa 70 % aller Infektionen.41Obwohl S. aureus das wichtigste grampositive Bakterium ist, das Biofilme auf CED bildet,42 können auch andere Arten mit denselben Eigenschaften mit den Infektionen in Verbindung stehen.Eine Studie von Madhavan et al.43 bewertete das Vorhandensein von grampositiven Kokken mit einem Koagulase-negativen Profil in den Blutproben von 74 Patienten, die CED-Implantate hatten und nacheinander eine Bakteriämie entwickelten.Die Ergebnisse zeigten eine hohe Prävalenz von grampositiven Kokken, S. aureus, unter den infektiösen Fällen.Die infektiöse Endokarditis (IE) wird als eine schwere Erkrankung eingestuft, die ihren Ursprung im Auftreten von Biofilmen hat, die hauptsächlich von S. aureus und P. aeruginosa gebildet werden.Die Etablierung einer solchen Infektion steht in direktem Zusammenhang mit der Fähigkeit der Mikroorganismen, sich aufgrund einer Kontamination des Blutstroms des Wirts in normalen oder abnormalen Klappen oder veränderten Endotheloberflächen im Herzen anzusiedeln.44Gemäß den veröffentlichten Berichten sind die durch die Kontamination durch P. aeruginosa verursachten IE-Episoden im Vergleich zu denen, die durch Staphylococcus spp. verursacht werden, selten, wenn auch in geringerem Ausmaß.Der durch erstere verursachte IE ist jedoch tendenziell aggressiver und mit einer höheren Sterblichkeitsrate verbunden als letzterer.45 Im Gegensatz dazu wird das Vorhandensein von Biofilmen, die von P. aeruginosa gebildet werden, häufig in Fällen von CF beobachtet.46Auch wenn die lebenslange medikamentöse Therapie für die Patienten fortgesetzt wird, zeigt ein hoher Anteil der CF-Fälle Atemversagen aufgrund der chronischen bakteriellen Infektion, die durch die durch Biofilm induzierte Lungenentzündung verursacht wird.40,47Chronische Wunden (CWs), die sich als Biofilmreservoirs verhalten, sind aufgrund des Risikos der Entwicklung systemischer Infektionen von großer Bedeutung.Ein CW wird oft von einer Vielzahl von Bakterienarten besiedelt, darunter S. aureus, P. aeruginosa, Enterococcus faecalis, Koagulase-negative Staphylokokken, Proteus spp. und anaerobe Bakterien.48 S. aureus gilt als der Hauptagent der Biofilmbildung in CWs;Es gibt jedoch Berichte, die die Rolle anderer Bakterien wie P. aeruginosa auch bei CW definieren.Die durch letztere verursachte Infektion soll sogar tiefere Zellschichten erreichen und so die Infektion verschlimmern.49Die bakteriellen Infektionen des weiblichen Fortpflanzungssystems, wie die bakterielle Vaginose, sind durch die Störung der vaginalen Mikrobiota gekennzeichnet.Laktobazillen, die normalerweise kommensale Bewohner der Vagina sind, werden aufgrund des signifikanten Anstiegs der Konzentration einer Vielzahl von Bakterien, wie Gardnerella vaginalis, Chlamydia trachomatis und der Bakterienart der Gattung Mobiluncus,50 ersetzt, die in der Lage sind, Biofilme in der Vagina zu bilden weiblichen Genitaltrakt, wodurch chronische Infektionen ausgelöst werden, für die keine wirksamen Therapien verfügbar sind.51Es wurde auch über Biofilme im Gehörgang berichtet, die Infektionen verursachen, wie z. B. Mittelohrentzündung, die als Mittelohrentzündung gekennzeichnet ist und insbesondere bei Kindern auftritt.In bestimmten Fällen von Biofilmen, insbesondere solchen, die von S. aureus gebildet werden, kann die Infektion jedoch andauern oder häufig wieder auftreten, und daher wurden solche Infektionen als chronische Otitis media (COM) charakterisiert.Darüber hinaus wurde in der HNO-Heilkunde das Vorhandensein von Biofilmen im Gehörgang mit chronischer Sinusitis und COM mit Erguss in Verbindung gebracht.52Mageninfektionen sind in der Gastroenterologie und insbesondere in der Onkologie aufgrund der Assoziation mit gramnegativen Bakterien Helicobacter pylori immer noch von großer Bedeutung.Dieses Bakterium bildet einen Biofilm, um seine Integrität und sein Überleben sicherzustellen53 und ist häufig an chronischer Gastritis, funktioneller Dyspepsie, Magen- oder Zwölffingerdarmgeschwüren und Magenkrebs oder Lymphomen beteiligt.Darüber hinaus zeigt H. pylori auch ein Überlebensprofil in sauren Umgebungen;es bleibt in der Magenumgebung intakt und fördert die Zerstörung der Magenschleimhaut, wodurch das Organ empfindlich und anfällig für ulzerative Läsionen wird.Darüber hinaus blockiert es auch den Sterilisationsprozess von Lebensmitteln und greift so in den Verdauungsprozess ein.54 Die derzeit verfügbare Therapie zur Ausrottung dieses Bakteriums ist komplex und kostspielig und bringt schwerwiegende Nebenwirkungen für die Patienten mit sich.55Bakterielle Prostatitis ist eine Harnwegsinfektion, die Männer jeden Alters betrifft.An dieser Krankheit ist ein breites Spektrum von Bakterienarten beteiligt;die akute Phase zeigt das Vorhandensein von E. coli (67 %), P. aeruginosa (13 %), Klebsiella spp.(6 %), Gram-positive Arten (5 %) und andere (9 %).56 In der chronischen Phase ist der Haupterschwerungsfaktor das Vorhandensein von Biofilmen, hauptsächlich von Gram-negativen Arten, wie E. coli,57 das für die meisten Fälle von chronischen HWI (uropathogene E. coli) verantwortlich ist und somit etwa 40 % aller Krankenhausinfektionen verursacht.Darüber hinaus wurde E. coli direkt mit der Biofilmbildung in Harnkathetern in Verbindung gebracht, da der direkte Kontakt der Bakterienzellen mit dem Urin Infektionen auf innere Organe übertragen kann, was wiederum lokale und sogar systemische Infektionen auslösen kann.58Um neue therapeutische Strategien zu entwickeln, hat die wissenschaftliche Gemeinschaft daher den Fokus auf die Nanotechnologie verlagert59–61 zur wirksamen Verhinderung der Biofilmbildung.62 In Anbetracht dessen lenkt der vorliegende Übersichtsartikel die Aufmerksamkeit der Leser auf die Faktoren, die an der Adhäsion von Bakterienzellen beteiligt sind was zur Etablierung von Biofilmen führt.18,63Pilzinfektionen sind aufgrund ihrer hohen Inzidenzrate, insbesondere bei immungeschwächten Patienten, ein großes Problem für Kliniker.Die Risikofaktoren, die den Erwerb und die hohe Prävalenz von Pilzinfektionen bestimmen, sind Wirtsimmunität, längere Anwendung von Breitbandantibiotika, langfristige Anwendung von intravasalen und urethralen Kathetern, Hämodialyse, Behandlung mit Kortikosteroiden, parenterale Ernährung, die Anwendung von immunsuppressiven Antikrebsmitteln, und Transplantationen unter anderem.64,65Pilze können sich als Biofilme in verschiedenen Körpernischen aufhalten und anschließend Infektionen auslösen.Der Infektionsort hängt von mehreren Faktoren ab, wie z. B. der Menge und Art der verfügbaren Nährstoffe, der Immunantwort des Wirts, den Strömungsbedingungen und dem pH-Wert am Infektionsort sowie dem Substrat für die Zelladhäsion und das Wachstum des Biofilms.66Das Haftsubstrat kann als Hauptfaktor für die Bildung von Pilzbiofilmen betrachtet werden.Die Materialien, die das Anhaften von Mikroorganismen mit zufriedenstellenden In-vitro-Ergebnissen verhindern, werden zur Herstellung von Medizinprodukten verwendet.Im Fall der in vivo-Anwendung solcher Modelle müssen jedoch mehrere Vorsichtsmaßnahmen, beispielsweise bei einer Sepsis, vom medizinischen Team getroffen werden, da der Kontakt des Geräts mit den Körperflüssigkeiten des Wirts, wie Urin, Speichel und Blut, erfolgt Nährstoffe, bietet günstige Bedingungen für die Bildung von Biofilmen.67,68Die Strömungsbedingungen können auch eine wichtige Rolle bei der Entwicklung von Pilzbiofilmen spielen;zum Beispiel die Mehrheit der Candida spp.bilden Biofilme bei unterschiedlichen Flussraten von Körperflüssigkeiten, die niedrig (Speichelfluss: prothetische Stomatitis), intermittierend (Harnkatheter und Gefäßzirkulation) und schnell (Blutkreislauf: Pilz-Endokarditis) sein können.69,70 Darüber hinaus steht der Fluss in direktem Zusammenhang zum Transport von Sauerstoff und Nährstoffen, die für die Entwicklung von Biofilmen unerlässlich sind.Die Nährstoffzusammensetzung verschiedener Körpernischen variiert;daher entwickeln sich einige Arten an manchen Stellen besser als andere;Beispielsweise ist Blut reich an Nährstoffen, Zucker und Proteinen, sodass die Biofilmentwicklung hoch ist, was durch eine hohe Vaskularisierung weiter erleichtert wird.66Die Hefeart Candida albicans ist dafür bekannt, dass sie häufig Biofilme bildet und wurde von medizinischen Forschern ausgiebig untersucht, da sie unter den anderen Arten die dritthäufigste Ursache für intravaskuläre Infektionen (Katheter) ist.68,71 In den letzten Jahren sind jedoch mehrere andere aufgetreten biofilmbildende Arten der Gattung Candida, Candida tropicalis, Candida krusei, Candida glabrata und Candida parapsilosis, die den menschlichen Körper befallen, wurden identifiziert.72,73 Darüber hinaus wurden einige andere Arten von Pilzen wie Malassezia spp.,74 Pneumocystis spp .,75 Histoplasma capsulatum,76 Cryptococcus neoformans,77 und Cryptococcus gatti,78 können ebenfalls mit Infektionen beim Menschen in Verbindung gebracht werden.Hefe und die Zellen fadenförmiger Pilze können natürlicherweise in zwei unterschiedlichen Phänotypen vorkommen, nämlich als planktonische Form (freie Zellen) oder als sessile Form (Biofilme).Laut Ramage et al.79 beinhaltet der sessile Phänotyp die Entwicklung einer Gruppe von Stämmen auf einer polymeren Matrix, die reich an Wasser ist und den Durchgang von Nährstoffen und Sauerstoff ermöglicht.Zusätzlich verleiht die polymere Matrix Schutz gegen die Immunantwort des Wirts und verhindert die Diffusion von antimikrobiellen Arzneimitteln.Da Pilze außerdem Eukaryoten und komplexer als Bakterien sind, bleiben die durch Pilzbiofilme verursachten Infektionen schwer zu diagnostizieren und zu behandeln.Die detaillierte Analyse solcher Pilzbiofilme wurde in den letzten Jahren durchgeführt.80,81Lange Zeit wurde angenommen, dass die Sequenzen der Biofilmbildung bei Pilzen die gleichen sind wie bei Bakterien.Einige Studien, die zur Dynamik der Genetik und den Wechselwirkungen von Pilzen, Wirt und Umwelt durchgeführt wurden, haben dieses Szenario jedoch geändert.Obwohl der Gesamtprozess derselbe ist, dh primäre Adhäsion, irreversible Adhäsion, Reifung und Ausbreitung, ist die Dynamik je nach den Eigenschaften der Pilze unterschiedlich.Die Gattung Candida hat Hyphen oder Pseudohyphen, die mit der Proliferation und Entwicklung der Biofilme in Zusammenhang stehen.65 Die Hyphenbildung ist entscheidend für die Gewebeinvasion, da sie im Vergleich zu Hefen widerstandsfähiger gegen Phagozytose ist.Die Virulenz von C. albicans wurde eng mit der Fähigkeit zur Hyphenbildung in Verbindung gebracht.82 Die Hyphen von C. tropicalis haben eine ähnliche Morphologie wie C. albicans und stehen im Zusammenhang mit der Invasion des oralen Epithels.Die Fähigkeit von C. parapsilosis, in das orale Epithel einzudringen, hängt jedoch nicht mit der Produktion von Pseudohyphen zusammen.83 Die Hyphen fördern die Fähigkeit des Pilzes, den Abwehrreaktionen des Wirts zu entgehen, und dienen somit als wesentlicher Faktor für die Pathogenität zur Bildung von Biofilmen.84Die Modelle für die Bildung von Pilzbiofilmen wurden von Douglas69 und Harding et al.85 beschrieben, die untersucht werden können, um auch die Eigenschaften von Pilzbiofilmen zu verstehen.Die Autoren verwendeten in beiden Studien C. albicans als Modellorganismus und berichteten, dass, obwohl der von der Pilzart gebildete Biofilm einige Ähnlichkeiten mit dem bakteriellen Biofilm aufweist, das Vorhandensein von Hyphen und Pseudohyphen der Hauptunterschied zwischen den beiden ist.Das vorgeschlagene Modell umfasst fünf Schritte: (i) Adsorption von Hefezellen auf einer Oberfläche (biotisch oder abiotisch), (ii) Adhäsion an der Oberfläche, (iii) Bildung von Mikrokolonien (dieser Schritt erfolgt nach dem anfänglichen Wachstum und der darauf folgenden Entwicklung von Hyphen). durch die Bildung von Mikrokolonien in der oberen Schicht, die überwiegend aus Hyphen und der Produktion von EPS-Matrix besteht), (iv) Reifung des Biofilms und (v) Dispersion der reifen Biofilmzellen und Neustart des Zyklus.Ein vorläufiges Modell für die sequentielle Entwicklung von Fadenpilzen wurde vorgeschlagen und besteht aus sechs Schritten: (i) Adsorption von Pilzvermehrungen wie Sporen, Konidien oder Hyphen an festen Oberflächen (die Autoren vergleichen diesen Schritt mit dem reversiblen Adhäsionsstadium von die bakteriellen Biofilme);(ii) Förderung des Anhaftens und Anhaftens durch Freisetzung von Klebesubstanzen durch keimende Sporen;(iii) Stufe 1 der Bildung von Mikrokolonien (beinhaltet apikale Verlängerung und Verzweigung von Hyphen während des frühen Wachstums und Kolonisierung der Oberfläche mit gleichzeitig erhöhter Produktion von EPS, was Koloniewachstum und Adhäsion an das Substrat ermöglicht);(iv) Stufe 2 der Bildung von Mikrokolonien oder Beginn der Reifung, die die Bildung eines kompakten Hyphennetzwerks oder Myzels und die Bildung von Wasserkanälen beinhaltet, die den Durchgang von Nährstoffen ermöglichen;(v) Reifungsphase, die durch eine hohe Produktion von Fruchtkörpern, Sporen und anderen Überlebensstrukturen gekennzeichnet ist (dies ist eine äußerst wichtige Phase, da das Luftwachstum ein prädisponierender Faktor ist, der die Ausbreitung von Hefe für eine neue Besiedlung ermöglicht);und (vi) Dispersions- oder Planktonphase, die dem Dispersionsschritt im Fall von bakteriellen Biofilmen ähnlich ist, wobei der einzige Unterschied darin besteht, dass Sporen und Pilzfilamente freigesetzt werden, die als Ausbreitungsorgane wirken, um den nächsten Zyklus einzuleiten.Während der Bildung von Pilzbiofilmen spielt QS eine bedeutende Rolle bei der Kommunikation zwischen den Pilzzellen.QS ermöglicht die Entwicklung der kooperativen Beziehung zwischen den Zellen, die zur Koordination unterschiedlicher Zellverhalten und zur Sekretion von Signalmolekülen führt.86Es gibt jedoch bestimmte Signalmoleküle, die an der QS von Pilzbiofilmen beteiligt sind, die einer besonderen Referenz bedürfen.Eine bahnbrechende Studie von Hornby et al.87 zeigte Farnesol als das QS-Molekül, das für die Hemmung der Hyphenbildung von C. albicans in der stationären Phase verantwortlich ist.Die Studie war wichtig, um die Dynamik von C. albicans-Biofilmen zu verstehen, und inspirierte andere Forscher zu weiteren Analysen.88–97Chen et al.93 identifizierten Tyrosol als ein Molekül, das an QS von C. albicans beteiligt ist;somit wurden diese beiden Moleküle (Farnesol und Tyrosol) zu wohlbekannten Regulatoren von QS in der Pilzart.98Die Bekämpfung von Pilzbiofilmen wurde im Zusammenhang mit verschiedenen Gebieten wie Biotechnologie, Mykologie und medizinischer Forschung untersucht.Die Infektion ist komplex und führt zu einem schlechten Ansprechen auf eine Therapie.Das Wissen über die Mechanismen, die mit der Dynamik der Architektur von Biofilmen zusammenhängen, ist noch unzureichend.In Krankenhäusern ist es üblich, routinemäßig die Entwicklung von Pilzbiofilmen auf den Oberflächen von medizinischen Geräten zu beobachten, wie z. B. künstliche Klappen, Herzschrittmacher, Defibrillatoren, Endotrachealtuben, Dialysegeräte, Gelenkprothesen, Katheter, Harn-/Intrauterinpessaren und Kontaktlinsen , die als extremes Risiko für die Gesundheit des Patienten eingestuft wird.94Die Autoren melden keine Interessenkonflikte in dieser Arbeit.Wasserres.Nat Med.Lancet Infect Dis.Plus eins.Ann NY Acad.Sci.Plus eins.Acta Biomater.Acta Biomater.Plus eins.Acta Biomater.Dieses Werk wird von Dove Medical Press Limited veröffentlicht und lizenziert.Die vollständigen Bedingungen dieser Lizenz sind unter https://www.dovepress.com/terms.php verfügbar und beinhalten die Creative Commons Attribution – Non Commercial (unported, v3.0) License.Durch den Zugriff auf das Werk akzeptieren Sie hiermit die Bedingungen.Nicht-kommerzielle Nutzungen des Werks sind ohne weitere Genehmigung von Dove Medical Press Limited gestattet, vorausgesetzt, das Werk wird ordnungsgemäß genannt.Für die Erlaubnis zur kommerziellen Nutzung dieses Werks lesen Sie bitte die Absätze 4.2 und 5 unserer Nutzungsbedingungen.Kontaktieren Sie uns • Datenschutzrichtlinie • Verbände und Partner • Referenzen • Allgemeine Geschäftsbedingungen • Empfehlen Sie diese Seite • TopKontaktieren Sie uns • Datenschutzrichtlinie© Copyright 2023 • Dove Press Ltd • Softwareentwicklung von maffey.com • Webdesign von AdhesionDie in allen hier veröffentlichten Artikeln geäußerten Meinungen sind die der jeweiligen Autoren und spiegeln nicht unbedingt die Ansichten von Dove Medical Press Ltd oder eines ihrer Mitarbeiter wider.Dove Medical Press ist Teil der Taylor & Francis Group, der Academic Publishing Division von Informa PLC Copyright 2017 Informa PLC.Alle Rechte vorbehalten.Diese Website ist Eigentum und wird betrieben von Informa PLC („Informa“) mit eingetragenem Sitz in 5 Howick Place, London SW1P 1WG.Registriert in England und Wales.Nummer 3099067. 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