Biofilmsimulation

Ziel der Biofilmsimulation: Vergleichende Prüfung der Bakterienadhärenz und Biofilmbildung auf (Bio)-Materialoberflächen sowie der Effekte antibakterieller Agenzien

Mikrobiologische Komponente: Mischkulturmodelle je nach Einsatzort der Materialien

Technische Komponenten:

  • Bioreaktoren mit zentraler Steuerung
  • Pumpenbetriebene Fließkammern im Bypass der Bioreaktorgefäße. In den Fließkammern sind die zu untersuchenden Materialien integriert
  • Mikroskop
  • Sensorik (Korrosion, Impedanz, Fluoreszenz)

Biofilmsimulation:

  • In vitro-Biofilmsimulationskonzept, basierend auf steuerbaren Kultivierungsgefäßen (in der Regel Bioreaktoren mit bis zu sechs unabhängigen Kultivierungsgefäßen)
  • Bis zu fünf Reinkulturen der Spezies eines Bakterienmodells können mittels batch-bzw. steady state-Kultivierung vorbereitet werden. Sowohl S1-, als auch S2-Mikroorganismen können verwendet werden. Die steady state-Kultivierung sichert ein jeweils gleiches physiologisches Aktivitätsmuster bei Start einer Biofilmsimulation
  • Biofilmsimulation unter den Bedingungen einer Mischkultur aus bis zu fünf Bakterienspezies im sechsten Bioreaktor
  • Crossflow der Bakteriensuspension über die zu prüfenden Materialoberflächen. Die Materialoberflächen sind in ankoppelbaren Fließkammern integriert. In Abhängigkeitder Oberflächeneigenschaften der Materialien (und der Bakterien) adhärieren Bakterien und bilden in Abhängigkeit der Inkubationszeit einen zunehmenden, selbstorganisierenden Biofilm. Die sich ausbildenden Biofilme entsprechen in ihren strukturellen Eigenschaften (bakterielle Komposition, Matrixsubstanzen) idealerweise den natürlichen Biofilmen
  • On- und Offline-Analyse der adhärierenden Bakterienpopulation
  • Simulation der Biofilmbildung mit Hilfe mathematischer Verfahren

Einsatzbereiche:

  • Prüfung des biofilmbildenden Potentials von Materialien in der Medizin, Biotechnologie und Produktion unter praxisnahen Bedingungen
  • Prüfung antiadhäsiver Oberflächenkonzepte
  • Testung antibakterieller Wirkstoffe zur Bekämpfung von Biofilmen
  • in vitro-Biofilmmodelle

    Die Basis der Biofilmsimulation bilden bakterielle Mischkulturmodelle aus jeweils fünf repräsentativen Bakterienspezies, die an die jeweils gestellten Aufgaben und Einsatzorte der zu prüfenden Oberflächen angepasst sind.

    Biomedizinische Biofilmmodelle:

    • Dentale Plaque (klinisch validiert)
    • Infektion
    • Gallengang

    Hier steht die Untersuchung der Biofilmbildung auf Implantatoberflächen, Stents bzw. Kathetern im Vordergrund. Die klinische Validierung des Plaquemodells erfolgte in Kooperation mit dem Zentrum Zahn-, Mund- und Kieferheilkunde der Universität Göttingen (Abteilung Prothetik).

    Wassermodelle:

    • Trinkwasser
    • Flusswasser
    • Abwasser

    Die Wassermodelle werden als praxisnahe mikrobiologisch kontaminierte Habitate bei dem Einsatz von Wassersensoren und im produktionstechnischen und kommunalen Wassermanagement eingesetzt. Für die Erstellung eines individuellen Angebotes zur Prüfung der Biofilmbildung auf Ihren Materialien stehen wir Ihnen gerne zur Verfügung.

  • Analyse

    Die sich bei Biofilmsimulationsuntersuchungen ausbildenden Biofilme werden online (während der Inkubationsphase) sowie offline (nach Beendigung der Inkubationsphase) analysiert. Dafür stehen verschiedenste Verfahren zur Verfügung:

    • lichtmikroskopische Detektion der Adhärenz von Bakterien während der Inkubationsphase (Analyse der Biofilmbildungskinetik)
    • Impedimetrische Analyse der Biofilmbildung direkt an den Materialoberflächen
    • Bestimmung der Gesamtbakterienzahl und des Lebend-Tot-Verhältnisses innerhalb der Biofilmpopulation nach Inkubation mittels Fluoreszenzmikroskopie
    • CLSM-Analyse zur Detektion der Biofilmstruktur (3D-Scan), der Bakterienzusammensetzung in der Biofilmpopulation (FISH) und Matrixproduktion (Lectinbindung durch EPS)
    • REM-Analyse der Biofilmstruktur
    • Nachweis von Biofilmen mittels FTIR-ATR-Spektroskopie anhand desbakterienassoziierten Proteinanteils der adhärierenden Biofilme
    • Korrelation mit Daten der Oberflächenenergie und -ladung der Substratoberfläche