Wirksamkeit von Ozon, das durch einen Plasmareaktor mit dielektrischer Barrierenentladung erzeugt wird, gegen Multidrogen

May 26, 2023

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 14118 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Die kontaminierte Gesundheitsumgebung spielt eine wichtige Rolle bei der Verbreitung multiresistenter Organismen (MDROs) und Clostridioides difficile. Ziel dieser Studie war es, die antimikrobiellen Wirkungen von Ozon zu bewerten, das durch einen Plasmareaktor mit dielektrischer Barrierenentladung (DBD) erzeugt wird, auf verschiedene Materialien, die mit Vancomycin-resistentem Enterococcus faecium (VRE), Carbapenem-resistentem Klebsiella pneumoniae (CRE) und Carbapenem-resistentem Pseudomonas kontaminiert waren aeruginosa (CRPA), Carbapenem-resistente Acinetobacter baumannii (CRAB) und C. difficile-Sporen. Verschiedene Materialien, die mit VRE-, CRE-, CRPA-, CRAB- und C. difficile-Sporen kontaminiert waren, wurden mit unterschiedlichen Ozonkonzentrationen und Expositionszeiten behandelt. Rasterkraftmikroskopie (AFM) zeigte bakterielle Oberflächenmodifikationen nach der Ozonbehandlung. Wenn eine Ozondosis von 500 ppm für 15 Minuten auf VRE und CRAB angewendet wurde, wurde eine Reduzierung um etwa 2 oder mehr log10 bei Edelstahl, Stoff und Holz und eine Reduzierung um 1–2 log10 bei Glas und Kunststoff beobachtet. Sporen von C. difficile waren resistenter gegen Ozon als alle anderen getesteten Organismen. Im AFM waren die Bakterienzellen nach der Ozonbehandlung geschwollen und deformiert. Das vom DBD-Plasmareaktor erzeugte Ozon stellte ein einfaches und wertvolles Dekontaminationsinstrument für MDROs und C. difficile-Sporen dar, die als häufige Krankheitserreger bei gesundheitsbedingten Infektionen bekannt sind.

Das Auftreten multiresistenter Organismen (MDROs) ist auf den Missbrauch von Antibiotika bei Menschen und Tieren zurückzuführen und wird von der Weltgesundheitsorganisation (WHO)1 als ernsthafte Bedrohung für die öffentliche Gesundheit eingestuft. Insbesondere Gesundheitseinrichtungen sind zunehmend mit der Entstehung und Verbreitung von MDROs konfrontiert. Die wichtigsten MDROs sind Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus und Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE), Extended-Spectrum-Beta-Lactamase (ESBL) produzierende Enterobacterales, multiresistente Pseudomonas aeruginosa, multiresistente Acinetobacter baumanni und Carbapenem-resistente Enterobacterales (CRE). . Darüber hinaus ist die Clostridioides-difficile-Infektion die Hauptursache für gesundheitsbezogenen Durchfall und stellt eine erhebliche Belastung für das Gesundheitssystem dar2. MDROs und C. difficile werden durch die Hände von medizinischem Personal, der kontaminierten Umgebung oder direkt von Mensch zu Mensch übertragen. In jüngsten Studien wurde gezeigt, dass die kontaminierte Gesundheitsumgebung eine wichtige Rolle bei der Ausbreitung von MDROs und C. difficile spielt, wenn medizinisches Personal (HCWs) seine Hände durch Berühren kontaminierter Oberflächen kontaminiert oder wenn Patienten in direkten Kontakt mit kontaminierten Oberflächen kommen3. 4. Daher führt die Reinigung der kontaminierten Umgebung von Gesundheitseinrichtungen zu einer verringerten Infektions- oder Kolonisierungsrate durch MDROs und C. difficile5,6,7. Angesichts der weltweiten Besorgnis über die zunehmende Resistenz gegen antimikrobielle Mittel ist klar, dass weitere Studien zu Dekontaminationstechniken und -verfahren für Gesundheitseinrichtungen erforderlich sind. Als vielversprechende Dekontaminationsmethoden gelten in letzter Zeit berührungslose Methoden zur Terminalreinigung, insbesondere Ultraviolett-(UV)-Geräte oder Wasserstoffperoxidsysteme. Allerdings sind diese im Handel erhältlichen Geräte, die UV oder Wasserstoffperoxid verwenden, nicht nur teuer, sondern die UV-Sterilisation war auch nur bei freiliegenden Oberflächen wirksam und die Plasmasterilisation mit Wasserstoffperoxid erforderte eine relativ lange Spülzeit bis zum nächsten Sterilisationszyklus5.

Ozon hat bekannte antiseptische Eigenschaften und kann kostengünstig hergestellt werden8. Es gilt auch als gesundheitsschädlich, kann jedoch schnell in Sauerstoff zerfallen8. Plasmareaktoren mit dielektrischer Barrierenentladung (DBD) sind derzeit die am häufigsten verwendeten Geräte zur Ozonerzeugung9. DBD-Geräte ermöglichen die Erzeugung von Niedertemperaturplasma in der Luft unter Erzeugung von Ozon. Die praktische Anwendung von Ozon beschränkte sich bisher hauptsächlich auf die Desinfektion von Schwimmbadwasser, Trinkwasser und Abwasser10. Nur wenige Studien haben über seinen Einsatz im Gesundheitswesen berichtet8,11.

In dieser Studie verwenden wir einen kompakten DBD-Plasma-Ozongenerator, um seine Wirksamkeit bei der Dekontamination von MDROs und C. difficile zu beweisen, und sogar von solchen, die auf verschiedenen Materialien geimpft sind, die üblicherweise im Gesundheitswesen verwendet werden. Darüber hinaus wurde der Sterilisationsprozess mit Ozon durch Rasterkraftmikroskopie (AFM)-Bildgebung von mit Ozon behandelten Zellen aufgeklärt.

Die Bakterienstämme wurden aus klinischen Isolaten hergestellt: VRE (SCH 479 und SCH 637), Carbapenem-resistente Klebsiella pneumoniae (CRE; SCH CRE-14 und DKA-1), Carbapenem-resistente Pseudomonas aeruginosa (CRPA; 54 und 83) und Carbapenem -resistenter Acinetobacter baumannii (CRAB; F2487 und SCH-511). Clostridioides difficile wurde von der National Culture Collection for Pathogens (NCCP 11840) der Korea Disease Control and Prevention Agency bezogen. Es wurde 2019 bei einem Patienten aus Südkorea isoliert und gehört laut Multilocus-Sequenztypisierung zu ST15. Mit VRE, CRE, CRPA und CRAB beimpfte Gehirn-Herz-Infusionsbrühe (BHI) (BD, Sparks, MD, USA) wurde gründlich gemischt und 24 Stunden lang bei 37 ° C inkubiert.

C. difficile wurde 48 Stunden lang anaerob auf Blutagar ausgestrichen. Anschließend wurden mehrere Kolonien zu 5 ml Gehirn-Herz-Infusionsbrühe gegeben und 48 Stunden lang anaerob inkubiert. Danach wurde die Kultur gevortext, mit 5 ml 95 %igem Ethanol versetzt, erneut gevortext und 30 Minuten bei Raumtemperatur belassen. Nach 20-minütiger Zentrifugation bei 3000 × g wurde der Überstand verworfen und das Pellet, das Sporen und abgetötete Bakterien enthielt, in 0,3 ml Wasser suspendiert. Die Zählung lebensfähiger Zellen erfolgte durch spiralförmiges Ausplattieren der Bakterienzellsuspension auf Blutagarplatten nach entsprechenden Verdünnungen. Die Gram-Färbung bestätigte, dass 85 % bis 90 % der Bakterienstrukturen Sporen waren12.

Die folgende Studie wurde durchgeführt, um die Wirkung von Ozon als Desinfektionsmittel für verschiedene Oberflächen zu untersuchen, die mit MDROs und C. difficile-Sporen befallen sind, von denen bekannt ist, dass sie gesundheitsbedingte Infektionen verursachen. Es wurden Probestücke aus Edelstahl, Stoff (Baumwolle), Glas, Kunststoff (Acryl) und Holz (Kiefer) mit einer Größe von einem Zentimeter mal einem Zentimeter hergestellt. Die Coupons wurden vor Gebrauch sterilisiert. Alle Coupons wurden durch Autoklavieren desinfiziert, bevor sie durch Bakterien kontaminiert wurden.

In dieser Studie wurden Bakterienzellen auf verschiedene Substratoberflächen sowie Agarplatten verteilt. Anschließend wurden die Platten sterilisiert, indem sie in einer versiegelten Kammer für einen bestimmten Zeitraum und in einer bestimmten Konzentration Ozon ausgesetzt wurden. Abbildung 1 zeigt ein Foto der Ozonsterilisationsausrüstung. Ein Plasmareaktor mit DBDs wird hergestellt, indem perforierte und blanke Edelstahlelektroden auf der Vorder- und Rückseite einer 1 mm dicken Aluminiumoxidplatte (Dielektrikum) angebracht werden. Bei der perforierten Elektrode betrugen die Porengröße und die offene Fläche 3 mm bzw. 0,33 mm. Jede Elektrode hatte die Form eines Kreises mit einem Durchmesser von 43 mm. Mit einer Hochspannungs-Hochfrequenzquelle (GBS Elektronik GmbH Minipuls 2.2) wurde eine sinusförmige Spannung von ca. 8 kV Spitze-zu-Spitze bei einer Frequenz von 12,5 kHz an die perforierte Elektrode angelegt und das Plasma entlang des Randes erzeugt die perforierte Elektrode. Da es sich bei dieser Technologie um eine gasbasierte Sterilisationsmethode handelt, wurde die Sterilisation in einer Kammer durchgeführt, die volumenmäßig in einen oberen und einen unteren Bereich unterteilt war, in denen sich die mit Bakterien kontaminierten Proben bzw. der Plasmagenerator befanden. Das obere Fach verfügte über zwei Ventilanschlüsse, die zum Spülen und Belüften des restlichen Ozons dienten. Vor der Verwendung im Experiment wurde die zeitliche Änderung der Ozonkonzentration innerhalb der Kammer nach dem Einschalten des Plasmageräts durch Absorptionsspektroskopie der 253,65-nm-Linie einer Quecksilberlampe gemessen.

(a) Schema eines Versuchsaufbaus zur Sterilisation von Bakterien auf verschiedenen Materialien mit Ozon, das aus einem DBD-Plasmareaktor erzeugt wird, und (b) Ozonkonzentration in der Sterilisationskammer mit Plasmaerzeugungszeit. Das Diagramm wurde mit OriginPro Version 9.0 (OriginPro-Software, Northampton, MA, USA; https://www.originlab.com) erstellt.

Zunächst wurden die geeignete Ozonkonzentration und Behandlungszeit zur Dekontamination von MDROs und C. difficile abgeleitet, indem eine Ozonsterilisierung von auf Agarplatten platzierten Bakterienzellen durchgeführt wurde, während die Ozonkonzentrationen und Behandlungszeiten variiert wurden. Bei der Sterilisation wurde die Kammer zunächst mit Umgebungsluft gespült und anschließend durch Einschalten des Plasmageräts mit Ozon gefüllt. Nach der Behandlung der Proben mit Ozon über einen bestimmten Zeitraum wurde das verbleibende Ozon mithilfe einer Membranpumpe abgesaugt. Bei der Messung wurden vollständige 24-Stunden-Kulturproben (~ 108 KBE/ml) verwendet. Bakterienzellsuspensionsproben (20 μl) wurden zunächst seriell zehnfach in steriler Kochsalzlösung verdünnt, dann wurden diese Proben auf Agarplatten verteilt, die in der Kammer ozonsterilisiert wurden. Anschließend wurden die doppelten Proben, bestehend aus einer exponierten und einer nicht exponierten Ozonprobe, 24 Stunden lang bei 37 °C inkubiert und die Anzahl der Kolonien zur Bewertung der Sterilisationseffizienz gezählt.

Anschließend wurde anhand der aus der obigen Studie ermittelten Sterilisationsbedingungen die dekontaminierende Wirkung dieser Technologie auf MDROs und C. difficile anhand verschiedener Materialcoupons (Coupons aus Edelstahl, Stoff, Glas, Kunststoff und Holz) bewertet, die häufig in Gesundheitseinrichtungen verwendet werden. Es wurden vollständige 24-Stunden-Kulturen (~ 108 KBE/ml) eingesetzt. Bakterienzellsuspensionsproben (20 μl) wurden seriell zehnfach in steriler Kochsalzlösung verdünnt, und dann wurden Coupons in jede dieser verdünnten Brühen getaucht, um die Kontamination zu beurteilen. Die nach dem Eintauchen in die verdünnte Brühe entnommenen Coupons wurden in sterile Petrischalen gelegt und 24 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet. Die Petrischalendeckel wurden über die Coupons gelegt und vorsichtig in die Testkammer gestellt. Die Petrischalendeckel wurden entfernt und die Coupons wurden 15 Minuten lang Ozongas von 500 ppm ausgesetzt. Die Kontrollproben wurden abgedeckt in der biologischen Sicherheitswerkbank belassen und nicht den Ozontestbedingungen ausgesetzt. Unmittelbar nach der Ozonexposition wurden die Coupons sowie die nicht exponierten (dh Kontrollen) mit einer sterilen Kochsalzlösung unter Verwendung eines Vortex-Mischers gemischt, um die Bakterien von der Oberfläche zu lösen. Die eluierte Suspension wurde seriell zehnfach in steriler Kochsalzlösung verdünnt, dann wurden die verdünnten Bakterien quantitativ auf Blutagarplatten für die aeroben Bakterien oder auf anaeroben Brucella-Blutagarplatten für C. difficile ausplattiert und 24 Stunden lang bei 37 °C oder 37 Stunden lang anaerob inkubiert °C für 48 Stunden in zweifacher Ausfertigung, um die ursprüngliche Inokulumkonzentration zu bestimmen. Die Berechnung der Differenz der Bakterienzahlen der unbelichteten Kontrollen und der belichteten Coupons ergab die logarithmische Bakterienreduktion (dh Sterilisationseffizienz) unter den Testbedingungen.

Biologische Zellen sollten für die AFM-Bildgebung auf einer flachen Platte fixiert werden; Daher wurde als Grundplatte eine flache und gleichmäßig raue Glimmerscheibe verwendet, deren Rauheitsmaßstab kleiner als die Größe der Zellen war. Die Durchmesser und Dicken der Scheiben betrugen 20 mm bzw. 0,21 mm. Um die Zellen fest an der Oberfläche zu verankern, wurde die Glimmeroberfläche mit Poly-L-Lysin (200 μl) beschichtet, um sie positiv aufzuladen, da die Zellmembran negativ geladen war. Nach der Poly-L-Lysin-Beschichtung wurden die Glimmerscheiben dreimal mit 1 ml entionisiertem (DI) Wasser gewaschen und über Nacht an der Luft getrocknet. Anschließend wurden Bakterienzellen auf die mit Poly-L-Lysin beschichtete Glimmeroberfläche geladen, indem die verdünnte Bakterienlösung verteilt, 30 Minuten ruhen gelassen und die Glimmeroberfläche anschließend mit 1 ml entionisiertem Wasser gewaschen wurde.

Die Hälfte der Proben wurde einer Ozonbehandlung unterzogen und die Morphologien der mit VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen beladenen Glimmerplattenoberfläche wurden mittels AFM (XE-7, Park Systems) abgebildet. Ein Betriebsmodus des AFM wurde auf den Tapping-Modus eingestellt, der die übliche Methode zur Aufnahme von Bildern biologischer Zellen ist. Im Experiment wurde der Mikrocantilever (OMCL-AC160TS, OLYMPUS Microscopy) verwendet, der für einen berührungslosen Modus konzipiert war. Das AFM-Bild wurde mit einer Sondenscanrate von 0,5 Hz aufgezeichnet, was zu einer Bildauflösung von 2048 × 2048 Pixeln führte.

Um die Bedingungen des DBD-Plasmareaktors für eine wirksame Sterilisation zu bestimmen, führten wir Reihenexperimente durch und veränderten dabei die Ozonkonzentrationen und Expositionszeiten unter Verwendung von MDROs (VRE, CRE, CRPA und CRAB) und C. difficile. Abbildung 1b zeigt die zeitlichen Verläufe der Ozonkonzentrationen für jede Testbedingung nach dem Einschalten des Plasmageräts. Die Konzentration stieg logarithmisch an und erreichte 300 ppm bzw. 500 ppm nach 1,5 bzw. 2,5 Minuten. Vorläufige Tests zu VRE hatten gezeigt, dass die Mindestanforderungen für eine effiziente Dekontamination von Bakterien eine Ozondosis von 300 ppm für 10 Minuten waren. Daher wurden MDROs und C. difficile in den folgenden Experimenten zwei unterschiedlichen Ozonkonzentrationen (300 und 500 ppm) und zwei unterschiedlichen Expositionszeiten (10 Min. und 15 Min.) ausgesetzt. Die Sterilisationseffizienz wurde für jede Einstellung der Ozondosis und Einwirkzeit berechnet und ist in Tabelle 1 aufgeführt. Eine Einwirkung von 300 oder 500 ppm Ozon für 10–15 Minuten führte insgesamt zu einer Reduzierung des VRE um 2 oder mehr log10. Dieses hohe Maß an Bakterientötung für CRE wurde mit einer 15-minütigen Exposition bei Ozonkonzentrationen von 300 oder 500 ppm erreicht. Eine hohe CRPA-Reduktion (> 7 log10) wurde durch eine 15-minütige Exposition gegenüber 500 ppm Ozon erreicht. Bei 300 ppm Ozon war die Bakterientötung von CRAB vernachlässigbar; bei 500 ppm Ozon kam es jedoch zu einer Reduzierung um > 1,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduzierung um > 2,5 log10.

Basierend auf den oben genannten Experimenten wurde auf ausreichende Anforderungen zur Inaktivierung von Bakterien mit einer Ozondosis von 500 ppm für 15 Minuten geschlossen. VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen wurden auf die sterilisierende Wirkung von Ozon auf verschiedene Materialien getestet, darunter Edelstahl, Stoff, Glas, Kunststoff und Holz, die häufig in Krankenhausumgebungen verwendet werden. Ihre Sterilisationseffizienz ist in Tabelle 2 aufgeführt. Die getesteten Organismen wurden doppelt bewertet. Obwohl bei VRE und CRAB bei Edelstahl-, Stoff- und Holzoberflächen eine Reduzierung um etwa 2 oder mehr log10 beobachtet wurde, war die antiseptische Wirkung von Ozon auf Glas- und Kunststoffoberflächen geringer. Sporen von C. difficile waren resistenter gegen Ozonbehandlungen als alle anderen getesteten Organismen. Um die Auswirkungen von Ozon auf die bakterielle Abtötung von VRE, CRAB und C. difficile mit verschiedenen Materialien statistisch zu untersuchen, wurden die Unterschiede zwischen den koloniebildenden Einheiten pro Milliliter der Kontrolle und der Behandlung auf den verschiedenen Materialien mithilfe eines t-Tests verglichen (Abb . 2). Bei allen Stämmen gab es statistisch bedeutsame Unterschiede, bei VRE und CRAB wurden jedoch signifikantere Unterschiede beobachtet als bei C. difficile-Sporen.

Streudiagramm für die Wirkung von Ozon auf die Bakterientötung von (a) VRE, (b) CRAB und (c) C. difficile auf verschiedenen Materialien.

AFM-Bildgebung wird an mit Ozon behandelten und unbehandelten VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen durchgeführt, um den Sterilisationsprozess durch gasförmiges Ozon im Detail zu untersuchen. Abbildung 3a, c und e zeigen AFM-Bilder von unbehandelten VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen. Die Zellen waren glatt und intakt, wie das 3D-Bild zeigt. Abbildung 3b, d und f zeigen VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen nach der Ozonbehandlung. Bei allen Testzellen war nicht nur insgesamt eine Verkleinerung zu verzeichnen, sondern sie hatten nach der Ozoneinwirkung auch eine spürbar rauere Oberfläche.

AFM-Bilder von VRE-, MRAB- und C. difficile-Sporen (a, c, e) unbehandelt und (b, d, f) 15 Minuten lang mit Ozon bei 500 ppm behandelt. Die Bilder wurden mit dem XEI-Programm von Park Systems Version 5.1.6 (XEI-Software, Suwon, Korea; https://www.parksystems.com/102-products/park-xe-bio) aufgezeichnet.

Unsere Studie zeigte, dass das von einem DBD-Plasmagerät erzeugte Ozon eine wirksame Dekontamination von MDROs und C. difficile-Sporen ermöglicht, die als Hauptursache für gesundheitsbedingte Infektionen gelten. In unserer Studie war außerdem die Sterilisationswirkung von Ozon erfolgreich bei Materialien, die hauptsächlich in Krankenhauseinrichtungen verwendet werden, da die Umweltverschmutzung durch MDROs und C. difficile-Sporen eine Quelle für gesundheitsbedingte Infektionen sein könnte. Nach der künstlichen Kontamination von Materialien wie Edelstahl, Stoff, Glas, Kunststoff und Holz mit MDROs und C. difficile-Sporen wurde ein Dekontaminationstest mit dem DBD-Plasmagerät durchgeführt. Obwohl es je nach Material einen Unterschied in der Dekontaminationswirkung gab, zeigte sich, dass Ozon eine erhebliche Dekontaminationsfähigkeit besitzt.

Gegenstände, die häufig in Krankenhauszimmern berührt werden, erfordern eine routinemäßige Desinfektion auf niedrigem Niveau. Die Standarddekontamination solcher Gegenstände ist die manuelle Reinigung mit einem flüssigen Desinfektionsmittel, beispielsweise einer quartären Ammoniumverbindung13. Selbst wenn die empfohlene Desinfektionsmittelanwendung strikt eingehalten wird, lassen sich MDROs nur schwer durch herkömmliche Umgebungsreinigung entfernen, die typischerweise durch manuelle Reinigung erfolgt14. Daher sind neue Technologien, wie beispielsweise No-Touch-Methoden, wünschenswert. Infolgedessen besteht ein Interesse an gasförmigen Desinfektionsmitteln, einschließlich Wasserstoffperoxid und Ozon10. Der Vorteil gasförmiger Desinfektionsmittel besteht darin, Orte und Gegenstände zu erreichen, die mit herkömmlichen manuellen Methoden nicht zugänglich sind. Wasserstoffperoxid wird seit Kurzem im Gesundheitswesen eingesetzt; Allerdings ist Wasserstoffperoxid an sich giftig und sollte gemäß strenger Handhabungsvorschriften gehandhabt werden. Die Plasmasterilisation mit Wasserstoffperoxid erfordert eine relativ lange Spülzeit vor dem nächsten Sterilisationszyklus. Im Vergleich dazu kann Ozon als Breitbandantibiotikum eingesetzt werden, das gegen Bakterien und Viren wirksam ist, die anderen Desinfektionsmitteln widerstehen können8,11,15. Darüber hinaus kann Ozon kostengünstig mit Umgebungsluft hergestellt werden und erfordert keine zusätzlichen giftigen Chemikalien, die möglicherweise schädliche Spuren in der Umwelt hinterlassen, da es schließlich in Sauerstoff zerfällt. Dennoch gibt es folgende Gründe, warum Ozon nicht in großem Umfang als Desinfektionsmittel eingesetzt wird. Da Ozon für die menschliche Gesundheit giftig ist, liegt seine Konzentration gemittelt über einen Zeitraum von 8 Stunden unter 0,07 ppm16, sodass Ozonsterilisatoren hauptsächlich zur Reinigung von Abluft entwickelt und kommerzialisiert wurden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass das Gas eingeatmet wird und nach der Dekontamination ein unangenehmer Geruch entsteht5,8. Ozon wurde im Gesundheitswesen noch nicht aktiv eingesetzt. Allerdings kann Ozon mithilfe von Sterilisationskammern und geeigneten Belüftungsverfahren sicher verwendet werden, und die Verwendung eines Katalysators kann seine Entfernung erheblich beschleunigen. In dieser Studie haben wir gezeigt, dass ein Plasma-Ozon-Sterilisator zur Sterilisation von Gesundheitseinrichtungen verwendet werden kann. Wir haben ein Gerät entwickelt, das über eine hohe Sterilisationsleistung verfügt, einfach zu handhaben ist und eine schnelle Durchlaufzeit für die stationäre Unterbringung bietet. Darüber hinaus haben wir ein Sterilisationsgerät mit einfachem Aufbau entwickelt, das keine zusätzlichen Kosten durch Umgebungsluft verursacht. Bisher liegen keine ausreichenden Informationen zu den Mindestanforderungen an Ozon für die MDRO-Inaktivierung vor. Das in unserer Studie verwendete Gerät hatte eine einfache Konfiguration und eine kurze Laufzeit, was für die häufige Sterilisation von Geräten nützlich sein dürfte.

Der Wirkmechanismus von Ozon bei der Sterilisation ist nicht vollständig geklärt. Einige Studien deuten darauf hin, dass Ozon bakterielle Zellmembranen zerstört, was zu intrazellulärem Austritt und schließlich zur Zelllyse führt17,18. Ozon kann die zelluläre Enzymaktivität stören, indem es mit Thiolgruppen reagiert, und es kann Purin- und Pyrimidinbasen in Nukleinsäuren modifizieren19. In dieser Studie wurden die Morphologien von VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen vor und nach der Ozonbehandlung visualisiert und zeigten, dass nicht nur die Größe geschrumpft war, sondern auch die Oberflächen deutlich aufgerauht waren, was auf eine Beschädigung oder Korrosion der äußersten Membran und der inneren Materialien hinweist aufgrund der starken Oxidationskraft von gasförmigem Ozon. Eine solche Schädigung führt je nach Schwere der Zellveränderungen zur Zellinaktivierung18.

Es ist bekannt, dass C. difficile-Sporen aus Krankenhausumgebungen nur schwer zu entfernen sind. Die Sporen bleiben in den Bereichen, in denen sie ausgeschieden werden, langfristig bestehen10,20. Auch wenn in dieser Studie die maximale log10-Reduktion der Anzahl auf Agarplatten 2,73 betrug, wenn Ozon 15 Minuten lang mit 500 ppm verwendet wurde, nahm die Sterilisationswirkung von Ozon auf verschiedene Materialien für C. difficile-Sporen ab. Daher könnten verschiedene Strategien in Betracht gezogen werden, um die Kontamination mit C. difficile im Gesundheitswesen zu reduzieren. Es kann auch sinnvoll sein, die Einwirkungszeit und Intensität der Ozonbehandlung anzupassen, wenn die Anwendung nur in C.difficile-Isolationsräumen erfolgt. Und wir sollten bedenken, dass die Ozon-Dekontaminationsmethode die routinemäßige manuelle Reinigung mit Desinfektionsmitteln nicht vollständig ersetzen kann und antimikrobielle Maßnahmen auch sehr wirksam zur Bekämpfung von C. difficile sein können5. Die Wirksamkeit von Ozon als Sterilisator variierte in dieser Studie je nach MDRO-Typ. Die Wirksamkeit könnte von mehreren Faktoren abhängen, wie z. B. dem Wachstumsstadium, der Zellhülle und der Effizienz der Reparaturmechanismen21,22. Die Gründe für Unterschiede in der Wirksamkeit der Ozonsterilisation auf der Oberfläche jedes Materials können in der Bildung eines Biofilms liegen. Frühere Studien haben gezeigt, dass A. baumanni und E. faecium eine erhöhte Umwelttoleranz verleihen, wenn sie als Biofilm vorliegen23,24,25. Dennoch zeigte diese Studie, dass Ozon eine signifikante Sterilisationswirkung auf MDROs und C. difficile-Sporen hat.

Die Einschränkung unserer Studie besteht darin, dass wir die antiseptische Wirkung von Ozon nach der Rekultivierung bewertet haben. Dies könnte dazu führen, dass die Anzahl der überlebenden Bakterienzellen überschätzt wird.

Obwohl diese Studie durchgeführt wurde, um die Wirksamkeit von Ozon als Sterilisator in einer Krankenhausumgebung zu bewerten, ist es schwierig, unsere Ergebnisse auf alle Krankenhausumgebungen zu übertragen. Daher sind weitere Studien erforderlich, um die Anwendbarkeit und Kompatibilität dieses DBD-Ozonsterilisators in tatsächlichen Krankenhausumgebungen zu untersuchen.

Das von einem DBD-Plasmareaktor erzeugte Ozon kann ein einfaches und wertvolles Dekontaminationswerkzeug für MDROs und C. difficile sein. Die Ozonbehandlung kann daher als wirksame Alternative zur Desinfektion der Krankenhausumgebung angesehen werden.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Multiresistente Organismen

Entladung mit dielektrischer Barriere

Vancomycin-resistenter Enterococcus

Carbapenem-resistente Enterobacterales

Carbapenem-resistenter Pseudomonas aeruginosa

Carbapenem-resistenter Acinetobacter baumannii

Rasterkraftmikroskopie

Weltgesundheitsorganisation

Beta-Lactamase mit erweitertem Spektrum

Gesundheitspfleger

Ultraviolett

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Diese Studie wurde vom Future Convergence Research Program Grant der Sungkyunkwan University-Kangbuk Samsung Hospital (SKKU-KSH) unterstützt.

Sungkyunkwan University School of Mechanical Engineering, 2066, Serbu-ro, Jangan-gu, Suwon-si, Gyeonggi-do, Republik Korea

Cheolwoo Bong, Jinseung Bae, Sungsu Park und ​​Moon Soo Bak

Biomedizinisches Institut für Konvergenz an der SKKU (BICS), Sungkyunkwan-Universität, Suwon, Korea

Sungsu Park & ​​​​Moon Soo Bak

Abteilung für Mikrobiologie, Medizinische Fakultät der Sungkyunkwan-Universität, Suwon, Südkorea

Ji Young Choi & Kwan Soo Ko

Abteilung für Infektionskrankheiten, Abteilung für Innere Medizin, Kangbuk Samsung Hospital, Sungkyunkwan University School of Medicine, 29, Saemoonan-ro, Jongro-gu, Seoul, 03181, Republik Korea

Hae Suk Cheong

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MSB, KSK und HSC sind an Studienkonzeption und -design, Analyse und Manuskripterstellung beteiligt. CB, JYC, JB und SP am Experiment beteiligt. Alle Autoren haben das endgültige Manuskript gelesen und genehmigt.

Korrespondenz mit Moon Soo Bak oder Hae Suk Cheong.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Bong, C., Choi, JY, Bae, J. et al. Wirksamkeit von Ozon, das durch einen Plasmareaktor mit dielektrischer Barrierenentladung erzeugt wird, gegen multiresistente Krankheitserreger und Clostridioides difficile-Sporen. Sci Rep 12, 14118 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-18428-w

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Eingegangen: 18. März 2022

Angenommen: 11. August 2022

Veröffentlicht: 18. August 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18428-w

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