Adherence of staphylococci to various intraocular lenses with different levels of hydrophobicity

Background: A major goal in research on intraocular lenses (IOL) is the development of new polymers and modifications to reduce foreign-body reactions after implantation. This effect may be achieved by a reduction in the surface hydrophobicity of the polymers. To illustrate the influence of surface modifications on bacterial adhesiveness, the most often isolated organism in “low-grade” postoperative endophthalmitis, Staphylococcus epidermidis, was used.

Materials and methods: For this reason three strains of this species, the type strain ATCC 14990 and two clinical isolates (8687, 6579 I) with different hydrophobic surface properties were studied. IOL, used in the experiments were either made of PMMA or silicone with modified surfaces (unpolished, polished, heparinized). The adhesiveness of H³-thymidin-labeled bacteria was calculated/mm² of lens surface. Each experiment was performed in triplicate and repeated three times.

Results: The hydrophobic-type strain showed stronger adherence to unpolished PMMA surface (8000 bacteria per mm²) compared to the polished (5200 bacteria/mm²). In contrast, the hydrophilic strain adhered with 2000 bacteria/mm² to the unpolished and with 4200 bacteria/mm² to the polished surface. Polishing PMMA lenses diminished the differences between the three strains. However, surface passivation of silicone lenses increased the adhesion rate of the hydrophilic strain up to 9600 bacteria/mm². Treatment of PMMA lenses with heparin increased the adhesiveness of the hydrophilic strain and reduced the adhesion rate of the hydrophobic type strain to 250 bacteria/mm².

Conclusions: It was demonstrated that bacterial adherence to IOL also involves hydrophobic interactions. Obviously, however, that adherence reflects a complex of interactions between the two surfaces.

Fragestellung: Ein Hauptziel in der Entwicklung von Intraokularlinsen (IOL) ist die Anwendung neuer Polymere und Modifikationen zur Reduzierung von Fremdkörperreaktionen. Dies kann durch eine Verminderung der Oberflächenhydrophobizität der Polymere erreicht werden. Inwieweit eine Oberflächenmodifizierung auch die bakterielle Haftung beeinträchtigt, soll mit dem am häufigsten bei Low-grade-Endophthalmitiden isolierten Keim Staphylococcus epidermidis untersucht werden.

Material und Methode: Für die Untersuchungen wurden 3 Staphylococcus-epidermidis -Stämme, ATCC 14990 und 2 klinische Isolate (8687, 6579 I) mit unterschiedlicher Hydrophobizität und verschiedene IOL (PMMA, Silikon) mit unterschiedlichen Oberflächenmodifikationen (unpoliert, poliert, heparinisiert) ausgewählt. Die Haftung von H³-Thymidin-markierten Bakterien wurde auf mm² Linsenoberfläche berechnet. Aufgrund bekannter Schwankungen bei Adhärenzuntersuchungen wurden pro Bakterienstamm und Versuch 3 Linsen parallel getestet und jeder Versuch insgesamt 3 mal an 3 verschiedenen Tagen durchgeführt, so daß pro Stamm 9 Einzelwerte erhalten wurden.

Ergebnisse: Der hydrophobe Stamm zeigte eine stärkere Haftung an unpolierten (8000 Bakterien/mm²) als an polierten PMMA-Linsen (5200 Bakterien/mm²). Im Gegensatz dazu adhärierte der hydrophile Stamm mit 2000 Bakterien/mm² an unpolierten und mit 4200 Bakterien/mm² an polierten Oberflächen. Die Polierung von PMMA-Linsen reduzierte die Differenzen in der Haftung der 3 Staphylococcus-epidermidis -Stämme unterschiedlicher Hydrophobizität. Bei der Verwendung von Silikonlinsen stieg die Anzahl adhärierter Bakterien des hydrophilen Stamms auf 9600 Bakterien/mm². Die Oberflächenmodifizierung von PMMA-Linsen mit Heparin verstärkte die Haftung des hydrophilen Stamms und führte zu einer Adhärenzreduzierung des hydrophoben Stamms auf 250 Bakterien/mm².

Schlußfolgerung: Es konnte gezeigt werden, daß in die bakterielle Adhärenz an IOL auch hydrophobe Wechselwirkungen integriert sind. Offensichtlich handelt es sich jedoch um ein komplexes Wechselspiel zwischen beiden Oberflächen.