In vitro model chronických polymikrobiálních raných infekcí

Bc. Nikoleta Rosinová

Master's thesis

In vitro model of chronic poly-mickrobial wound infections

Abstract:

Chronické rány se vyznačují dlouhodobým a neúspěšným hojením, přičemž nejzávažnější případy končí fyzickým odstraněním tkáně nebo amputací. Tvorba biofilmu v ráně často vede k selhání antimikrobiální léčby. Dosud však nebyly popsány žádné obecně spolehlivé in vitro modely biofilmu chronických ran. Alginát a poloxamer jsou často používané materiály pro 3D tisk a jejich vlastnosti, jako je pórovitost, viskozita, biokompatibilita a modifikovatelnost, mohou sloužit jako základ pro vytváření nových 3D polymikrobiálních modelů in vitro. Tato práce pojednává o použití hydrogelů jako základu pro in vitro monomikrobiální a polymikrobiální biofilmy. Prvotní část experimentů zahrnovala optimalizaci koncentrací alginátu a poloxameru a stanovení optimálních kultivačních podmínek. Hydrogelové matrice byly následně kultivovány s bakteriálními izoláty. Použité kmeny byly izolovány od pacientů s chronickými ranami léčených ve Fakultní nemocnici U svaté Anny v Brně a zahrnovaly koaguláza-negativní stafylokoky, Escherichia coli, Enterococcus faecalis a Klebsiella pneumoniae. Byly stanoveny počáteční koncentrace jednotlivých patogenů pro monomikrobiální a polymikro-biální gely. Výsledky zkoumání potvrzují potenciál použitých hydrogelů jako matrice pro vytvoření in vitro 3D modelu polymikrobiálních infekcí ran. Tento model představuje významný pokrok v pochopení dynamiky polymikrobiálních biofilmů u chronických infekcí ran a bude použitelný pro další výzkum nových antimikrobiálních léčiv.

Abstract:

Chronic wounds are characterised by prolonged and unsuccessful healing, with the most severe cases ending in physical tissue removal or amputation. Biofilm formation in the wound is largely responsible for the failure of antimicrobial treatment. However, no generally reliable in vitro models of chronic wound biofilm have been reported to date. Alginate and poloxamer are frequently used materials for 3D bioprinting, and their properties such as porosity, viscosity, biocompatibility, and modifiability can serve as a basis for the creation of novel 3D polymicrobial in vitro models. This work discusses the use of hydrogels as a basis for in vitro monomicrobial and polymicrobial biofilms. The first part of the experiments involved optimization of alginate and poloxamer concentrations and determination of optimal culture conditions. The hydrogel matrices were subsequently cultured with bacterial isolates. The strains used were isolated from patients with chronic wounds treated at St. Anne's University Hospital in Brno and included coagulase-negative staphylococci, Escherichia coli, Enterococcus faecalis and Klebsiella pneumoniae. The initial concentrations of each pathogen for monomicrobial and polymicrobial gels were determined. The results of the investigations confirm the potential of hydrogels used as matrices for creating a 3D in vitro model of polymicrobial wound infections. This model represents a significant advance in understanding the dynamics of polymicrobial biofilms in chronic wound infections and will be applicable to further research on novel antimicrobial drugs.

Keywords

biofilm, wound, infection, chronic, model, alginate, poloxamer, 3D print, in vitro, rána, infekce, chronicita, alginát, 3D tisk

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 8. 2. 2023
• Supervisor: Ing. Veronika Holá, Ph.D.
• Reader: Mgr. Katarína Rebrošová

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Microbiology / Microbiology