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Antibiofilm-Aktivität von Chitosan-Nanopartikeln gegen uropathogene Escherichia coli

23. März 2026 aktualisiert von: Yasmin Gamal Abdelghany Shazly, Assiut University

Bewertung der Antibiofilm-Aktivität von Chitosan-Nanopartikeln gegen uropathogene Escherichia coli, isoliert aus den Krankenhäusern der Universität Assiut

  1. Isolation uropathogener Escherichia coli (UPEC) und Bestimmung ihrer antimikrobiellen Empfindlichkeitsmuster.
  2. Bewertung der Biofilmbildungskapazität von UPEC-Isolaten.
  3. Bewertung der antibiofilmischen Wirksamkeit von Chitosan-Nanopartikeln allein und in Kombination mit Ciprofloxacin gegen UPEC-Isolate.
  4. Untersuchung der Wirksamkeit der Chitosan-Nanopartikel-Beschichtung bei der Verhinderung der Biofilmbildung durch UPEC auf Harnkatheteroberflächen.
  5. Bewertung der Auswirkungen von Chitosan-Nanopartikeln auf die Expressionsniveaus biofilmassoziierter Gene in UPEC.

Studienübersicht

Status

Noch keine Rekrutierung

Bedingungen

Intervention / Behandlung

Detaillierte Beschreibung

Harnwegsinfektionen (HWI) zählen nach wie vor zu den häufigsten bakteriellen Infektionen weltweit und verursachen eine erhebliche Belastung für das Gesundheitssystem, wobei uropathogene Escherichia coli (UPEC) für die Mehrzahl der Fälle sowohl im ambulanten als auch im stationären Bereich verantwortlich sind. Katheter-assoziierte Harnwegsinfektionen (CAUTI) stellen einen großen Anteil der im Gesundheitswesen erworbenen Infektionen dar, was auf die bakterielle Adhäsion und Biofilmbildung auf liegenden Harnkathetern zurückzuführen ist. Die Biofilmbildung ermöglicht es Mikroorganismen, sich an abiotische Oberflächen anzuheften und eine extrazelluläre polymere Matrix zu produzieren, die das Überleben der Bakterien unter ungünstigen Umweltbedingungen verbessert.

Bakterien in Biofilmen zeigen eine erhöhte Resistenz gegenüber der Immunantwort des Wirts und antimikrobiellen Wirkstoffen, was zu chronischen und wiederkehrenden Infektionen beiträgt. Im Vergleich zu planktonischen Bakterien können Zellen, die in Biofilme eingebettet sind, eine deutlich erhöhte Antibiotikatoleranz aufweisen, was den Behandlungserfolg einschränkt. Obwohl systemische Antibiotika nach wie vor die Hauptstütze der Behandlung darstellen, unterstreicht die zunehmende antimikrobielle Resistenz bei Biofilm-bildenden UPEC-Stämmen die Notwendigkeit alternativer Anti-Biofilm-Strategien.

Chitosan, ein natürlich gewonnener Biopolymer, hat aufgrund seiner Biokompatibilität, biologischen Abbaubarkeit und intrinsischen antimikrobiellen Eigenschaften Aufmerksamkeit erregt. Chitosan stört bakterielle Membranen und hemmt die Bildung der Biofilmmatrix sowie die Oberflächenadhäsion. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass Chitosan die Biofilm-bezogene Genexpression, die an der Adhäsion und der extrazellulären Polysaccharidsynthese beteiligt ist, herunterregulieren kann. Darüber hinaus verbessert die Nanopartikel-Formulierung das Eindringen von Chitosan in Biofilme und steigert die antimikrobielle Wirksamkeit im Vergleich zu Massenpolymerformen. Zudem können Chitosan-Nanopartikel die Antibiotikadiffusion verbessern und in Kombination mit Ciprofloxacin eine synergistische Anti-Biofilm-Aktivität zeigen.

Ciprofloxacin, ein Fluorchinolon-Antibiotikum, das häufig bei HWI eingesetzt wird, hat eine teilweise Hemmung der Biofilmbildung durch Eingriffe in die bakterielle DNA-Replikation, die anfängliche bakterielle Adhäsion an Oberflächen, die Reduktion der Expression Biofilm-bezogener Gene, die Quorum-Sensing-Aktivität und die Verringerung der Produktion extrazellulärer polymerer Substanzen (EPS) gezeigt; seine Wirksamkeit ist jedoch gegenüber reifen Biofilmen reduziert. Folglich könnten Chitosan-Nanopartikel in Kombination mit Ciprofloxacin eine verstärkte Anti-Biofilm-Aktivität aufweisen.

Trotz vielversprechender Ergebnisse gibt es nur begrenzte Studien, die Chitosan-Nanopartikel-Beschichtungen auf klinisch relevanten Katheteroberflächen gegen UPEC-Isolate evaluiert haben. Daher könnte die Untersuchung dieser Strategie einen wirksamen präventiven Ansatz für CAUTI bieten und verbesserte Infektionskontrollpraktiken unterstützen.

Studientyp

Beobachtungs

Einschreibung (Geschätzt)

60

Kontakte und Standorte

Dieser Abschnitt enthält die Kontaktdaten derjenigen, die die Studie durchführen, und Informationen darüber, wo diese Studie durchgeführt wird.

Studienkontakt

Studienorte

  • Ägypten
    • Assiut Governorate
      • Asyut, Assiut Governorate, Ägypten
        • Faculty of Medicine, Assiut University, Microbiology and Immunity department

Teilnahmekriterien

Forscher suchen nach Personen, die einer bestimmten Beschreibung entsprechen, die als Auswahlkriterien bezeichnet werden. Einige Beispiele für diese Kriterien sind der allgemeine Gesundheitszustand einer Person oder frühere Behandlungen.

Zulassungskriterien

Studienberechtigtes Alter

  • Erwachsene
  • Älterer Erwachsener

Akzeptiert gesunde Freiwillige

Nein

Probenahmeverfahren

Nicht-Wahrscheinlichkeitsprobe

Studienpopulation

Diese Studie umfasst UTI-Patienten, die die Assiut-Universitätskliniken aufsuchen. Urinproben werden aseptisch zur Isolierung uropathogener E. coli gesammelt. Nur Patienten, die die Einschlusskriterien erfüllen und eine Einwilligung geben, werden einbezogen.

Beschreibung

Einschlusskriterien:

  • 1. Patienten (stationär oder ambulant) mit klinisch diagnostizierter Harnwegsinfektion (HWI).

    2. Vorhandensein signifikanter Bakteriurie in der Urinkultur (≥10⁵ KBE/ml für Mittelstrahlurin oder nach klinischer Indikation).

    3. Nachweis von Escherichia coli als alleiniger oder vorherrschender Erreger in der Urinkultur.

    4. Patienten jeden Alters und beider Geschlechter. 5. Patienten, die in den vorherigen 48-72 Stunden keine Antibiotikatherapie erhalten haben.

Ausschlusskriterien:

  • 1. Patienten, die in den 48-72 Stunden vor der Urinprobenentnahme eine systemische Antibiotikatherapie erhalten haben.

    2. Urinkulturen mit insignifikanter Bakteriurie (<10⁵ KBE/ml für Mittelstrahlurin, sofern nicht klinisch gerechtfertigt).

    3. Polymikrobielles Wachstum in der Urinkultur (gemischtes Bakterienwachstum, das auf Kontamination hindeutet).

    4. Nachweis von Organismen außer Escherichia coli. 5. Unsachgemäß gesammelte, ausgelaufene oder kontaminierte Urinproben. 6. Patienten, die nicht bereit sind, eine informierte Einwilligung zu geben.

Studienplan

Dieser Abschnitt enthält Einzelheiten zum Studienplan, einschließlich des Studiendesigns und der Messung der Studieninhalte.

Wie ist die Studie aufgebaut?

Designdetails

Was misst die Studie?

Primäre Ergebnismessungen

Ergebnis Maßnahme
Maßnahmenbeschreibung
Zeitfenster
Prozentsatz der Biofilminhibition von UPEC-Isolaten durch Chitosan-Nanopartikel allein und in Kombination mit Ciprofloxacin
Zeitfenster: 24 Stunden nach der Behandlung von Bakterienkulturen in vitro.
Das primäre Ergebnis ist die Reduktion der Biofilmbildung von stark Biofilm-produzierenden uropathogenen Escherichia coli (UPEC)-Isolaten nach Behandlung mit subinhibitorischen Konzentrationen von Chitosan-Nanopartikeln allein oder in Kombination mit Ciprofloxacin. Die Biofilmmasse wird mittels des Kristallviolett-Mikrotiterplatten-Assays quantifiziert, und der prozentuale Hemmwert wird anhand der optischen Dichte (OD)-Werte gemäß der folgenden Formel berechnet: [(ODKontrolle - ODBehandelt)/ODKontrolle] × 100. Jedes Experiment wird dreifach durchgeführt und die Mittelwerte werden berichtet.
24 Stunden nach der Behandlung von Bakterienkulturen in vitro.

Sekundäre Ergebnismessungen

Ergebnis Maßnahme
Maßnahmenbeschreibung
Zeitfenster
Minimale Hemmkonzentration (MHK) von Chitosan-Nanopartikeln und Ciprofloxacin gegen UPEC-Isolate
Zeitfenster: 18-24 Stunden nach der Inokulation
Die MHK von Chitosan-Nanopartikeln und Ciprofloxacin wird für stark biofilm-bildende UPEC-Isolate mittels der Bouillon-Mikroverdünnungsmethode in sterilen 96-Well-Mikrotiterplatten bestimmt. Zweifache serielle Verdünnungen jedes Wirkstoffs werden in Tryptic-Soy-Bouillon (TSB) hergestellt und mit standardisierten Bakteriensuspensionen beimpft. Die MHK wird als die niedrigste Konzentration aufgezeichnet, die im Vergleich zu den Wachstumskontrollen kein sichtbares Bakterienwachstum zeigt.
18-24 Stunden nach der Inokulation
Wirksamkeit von Chitosan-Nanopartikelbeschichtungen bei der Verhinderung von UPEC-Biofilmbildung auf Harnkathetersegmenten
Zeitfenster: 18-24 Stunden nach bakterieller Inkubation auf beschichteten Kathetersegmenten.
Dieses Ergebnis bewertet die Fähigkeit der Chitosan-Nanopartikel-Beschichtung, die Biofilmbildung auf 1 cm langen Harnkatheter-Segmenten zu hemmen. Beschichtete Segmente werden mit standardisierten UPEC-Suspensionen für 18 Stunden inkubiert. Die Biofilmmasse wird durch Kristallviolett-Färbung, Solubilisierung mit Ethanol und optische Dichte (OD)-Messung bei 595 nm quantifiziert. Der prozentuale Anteil der Biofilmhemmung wird als [(ODKontrolle - ODBehandelt)/ODKontrolle] × 100 berechnet. Die Experimente werden in Doppelbestimmung durchgeführt.
18-24 Stunden nach bakterieller Inkubation auf beschichteten Kathetersegmenten.
Relative Genexpression von Biofilm-assoziierten Genen (fimH und luxS) in UPEC-Isolaten nach Behandlung mit Chitosan-Nanopartikeln
Zeitfenster: Unmittelbar nach 24-stündiger Behandlung von Bakterienkulturen in vitro.
Das sekundäre Ergebnis ist die Veränderung der Expressionsniveaus der fimH- und luxS-Gene in stark biofilmbildenden UPEC-Isolaten nach der Behandlung mit Chitosan-Nanopartikeln.
Ribonukleinsäure (RNA) wird extrahiert, in komplementäre DNA (cDNA) umgewandelt und mit SYBR Green quantitativer Echtzeit-Polymerasekettenreaktion (qRT-PCR) analysiert.
Die Genexpression wird auf das Haushaltsgen rpoD normalisiert und mit der 2-ΔΔCt-Methode berechnet.
Jede Reaktion wird dreifach durchgeführt, und Mittelwerte werden angegeben.
Unmittelbar nach 24-stündiger Behandlung von Bakterienkulturen in vitro.

Mitarbeiter und Ermittler

Hier finden Sie Personen und Organisationen, die an dieser Studie beteiligt sind.

Sponsor

Assiut University

Publikationen und hilfreiche Links

Die Bereitstellung dieser Publikationen erfolgt freiwillig durch die für die Eingabe von Informationen über die Studie verantwortliche Person. Diese können sich auf alles beziehen, was mit dem Studium zu tun hat.

Allgemeine Veröffentlichungen

  • Oliveira MCF, Canellas ALB, Berbert LC, Cardoso AM, Silva VA, Garutti SST, et al. Assessment of antimicrobial resistance and virulence of biofilm-forming uropathogenic Escherichia coli from Rio de Janeiro. Antibiotics (Basel). 2025;14(9):869.
  • Wiegand I, Hilpert K, Hancock REW. Agar and broth dilution methods to determine the minimal inhibitory concentration (MIC) of antimicrobial substances. Nat Protoc. 2020;15(6):1957-1978.
  • Obaid NA, Alzahrani AM, Alaryni BA, Almegrin FF, Alsubhi RS, Alzahrani RS, et al. Effectiveness of chitosan coating catheter in preventing catheter-associated urinary tract infection (CAUTI). J Pharm Res Int. 2022;34(19A):6-19.
  • Fattah RAFA, Fathy FEZY, Mohamed TAH, Elsayed MS. Effect of chitosan nanoparticles on quorum sensing-controlled virulence factors and expression of LasI and RhlI genes among Pseudomonas aeruginosa clinical isolates. AIMS Microbiol. 2021;7(4):415-430.
  • Yao H, Liu J, Jiang X, Chen F, Lu X, Zhang J. Analysis of the clinical effect of combined drug susceptibility to guide medication for carbapenem-resistant Klebsiella pneumoniae patients based on the Kirby-Bauer disk diffusion method. Infect Drug Resist 2021; 14: 79-87.
  • Hooton TM, Gupta K. Urinary tract infections and asymptomatic bacteriuria in adults. N Engl J Med. 2021;384(11):1028-37.
  • Singh S, et al. Nanotechnology-based coatings for prevention of catheter-associated infections. Nanomedicine. 2024; 52:102640.
  • Yan J, Bassler BL. Surviving as a community: biofilm tolerance mechanisms. Cell Host Microbe. 2022;30(1):15-26.
  • Flemming HC, Wuertz S. Bacteria and archaea on Earth and their biofilms. Nat Rev Microbiol. 2021;19(4):247-60.
  • Klein RD, Hultgren SJ. Urinary tract infections: microbial pathogenesis and host response. Nat Rev Microbiol. 2020;18(4):211-26.
  • Sahariah P, Masson M. Antimicrobial chitosan nanoparticles: applications and mechanisms. Biomacromolecules. 2021;22(2):363-380.

Studienaufzeichnungsdaten

Diese Daten verfolgen den Fortschritt der Übermittlung von Studienaufzeichnungen und zusammenfassenden Ergebnissen an ClinicalTrials.gov. Studienaufzeichnungen und gemeldete Ergebnisse werden von der National Library of Medicine (NLM) überprüft, um sicherzustellen, dass sie bestimmten Qualitätskontrollstandards entsprechen, bevor sie auf der öffentlichen Website veröffentlicht werden.

Haupttermine studieren

Studienbeginn (Geschätzt)

1. Mai 2026

Primärer Abschluss (Geschätzt)

1. Mai 2027

Studienabschluss (Geschätzt)

1. Juni 2027

Studienanmeldedaten

Zuerst eingereicht

15. März 2026

Zuerst eingereicht, das die QC-Kriterien erfüllt hat

15. März 2026

Zuerst gepostet (Tatsächlich)

19. März 2026

Studienaufzeichnungsaktualisierungen

Letztes Update gepostet (Tatsächlich)

27. März 2026

Letztes eingereichtes Update, das die QC-Kriterien erfüllt

23. März 2026

Zuletzt verifiziert

1. März 2026

Mehr Informationen

Begriffe im Zusammenhang mit dieser Studie

Schlüsselwörter

Zusätzliche relevante MeSH-Bedingungen

Andere Studien-ID-Nummern

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Arzneimittel- und Geräteinformationen, Studienunterlagen

Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Arzneimittelprodukt

Nein

Studiert ein von der US-amerikanischen FDA reguliertes Geräteprodukt

Nein

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