Macrophage-mediated phagocytosis of bacteria adhering on biomaterial surfaces

Biomateriaal-geassocieerde infecties (BAI) vormen een belangrijk klinisch probleem dat moeilijk te behandelen is en waardoor implantaatvervanging vaak noodzakelijk is. Zowel tijdens een operatie als postoperatief kunnen pathogene bacteriën op het oppervlak van een implantaat geïntroduceerd worden en de concurrentie aangaan met gastheercellen die proberen het implantaat te integreren. Het uiteindelijke lot van een geïmplanteerd biomateriaal wordt beschreven als een wedstrijd tussen bacterie-adhesie en biofilmgroei op het oppervlak van een implantaat versus weefselintegratie (“race for the surface”). Tot op heden zijn in vitro studies naar infectierisico’s van biomaterialen of functionele coatings voor orthopedische en tandheelkundige implantaten gericht op òf het tegengaan van bacterie-adhesie aan een implantaat, òf de bevordering van adhesie en proliferatie van weefselcellen. Hoewel het “race for the surface”-concept uitgebreid onderzocht is in vivo, tot voor kort bestond er geen in vitro-methode voor dit doel. Op dit moment hebben verscheidene onderzoeksgroepen methoden ontworpen waarmee de simultane respons van bacteriën en weefselcellen op een oppervlak onderzocht kan worden. In dit proefschrift, beschrijven we kweekexperimenten waarbij twee, en drie entiteiten gelijktijdig gekweekt worden met als doel de evaluatiemogelijkheden van multifunctionele coatings in vitro te verbeteren en daarmee het kennishiaat tussen in vitro en in vivo onderzoeken te overbruggen. Verschillende biomateriaal oppervlakken onderzocht te voorkomen of te elimineren bacteriële infectie terwijl het bevorderen weefselintegratie . Daarnaast, een visie op de behandeling van biomateriaal-geassocieerde biofilms in de toekomst op basis van de experimenten in dit proefschrift beschreven, wordt gegeven in de algemene discussie.Biomaterial-associated infections (BAI) constitute a major clinical problem that is difficult to treat and often necessitates implant replacement. Pathogens can be introduced on an implant surface during surgery or postoperatively and compete with host cells attempting to integrate the implant. The fate of a biomaterial implant has been depicted as a race between bacterial adhesion and biofilm growth on an implant surface versus tissue integration. Until today, in vitro studies on infection risks of biomaterials or functional coatings for orthopedic and dental implants were performed either for their ability to resist bacterial adhesion or for their ability to support mammalian cell adhesion and proliferation. Even though the concept of the race for the surface in BAI has been intensively studied before in vivo, until recently no in vitro methodology existed for this purpose. Currently, various groups have proposed co-culture experiments to evaluate the simultaneous response of bacteria and mammalian cells on a surface. In this thesis, we describe biculture, and tri-culture experiments that allow better evaluation of multi-functional coatings in vitro and therewith bridge the gap between in vitro and in vivo studies. Several biomaterial surfaces were investigated to prevent or eliminate bacterial infection while promoting tissue integration. In addition, from the experiments described in this thesis, an outlook on future treatment of biomaterial-associated biofilms is given in the general discussion