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Eine kontaminierte Umgebung im Gesundheitswesen spielt eine wichtige Rolle bei der Verbreitung multiresistenter Erreger (MRE) und Clostridium difficile. Ziel dieser Studie war die Untersuchung der Wirkung von Ozon, erzeugt durch einen dielektrischen Barrierenentladungs-Plasmareaktor (DBD), auf Vancomycin-resistente Enterococcus faecalis (VRE), Carbapenem-resistente Klebsiella pneumoniae (CRE), Carbapenem-resistente Pseudomonas aeruginosa (CRPA), Carbapenem-resistente Acinetobacter baumannii (CRAB) und Clostridium-difficile-Sporen. Verschiedene mit VRE, CRE, CRPA, CRAB und C.-difficile-Sporen kontaminierte Materialien wurden mit Ozon in unterschiedlichen Konzentrationen und über verschiedene Expositionszeiten behandelt. Mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM) konnte eine Oberflächenmodifikation der Bakterien nach der Ozonbehandlung nachgewiesen werden. Bei der Anwendung einer Ozon-Dosis von 500 ppm über 15 Minuten auf VRE und CRAB wurde eine Reduktion der Bakterienkonzentration um mindestens 2 log₁₀-Werte in Edelstahl, Textilien und Holz sowie um 1–2 log₁₀-Werte in Glas und Kunststoff beobachtet. C. difficile-Sporen erwiesen sich als resistenter gegenüber Ozon als alle anderen getesteten Organismen. Auf dem Rasterkraftmikroskop (AFM) schwollen die Bakterienzellen nach der Ozonbehandlung an und deformierten sich. Das im DBD-Plasmareaktor erzeugte Ozon ist ein einfaches und wertvolles Dekontaminationsverfahren für multiresistente Erreger (MDRO) und C. difficile-Sporen, die häufige Erreger von Krankenhausinfektionen sind.
Die Entstehung multiresistenter Erreger (MRE) wird durch den unsachgemäßen Einsatz von Antibiotika bei Mensch und Tier verursacht und wurde von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als eine der größten Bedrohungen für die öffentliche Gesundheit eingestuft¹. Insbesondere Gesundheitseinrichtungen sehen sich zunehmend mit der Entstehung und Verbreitung multiresistenter Erreger konfrontiert. Zu den wichtigsten MRE zählen Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA), Vancomycin-resistente Enterokokken (VRE), Enterobakterien mit Extended-Spectrum-Beta-Laktamase (ESBL), multiresistente Pseudomonas aeruginosa (MRPA), multiresistenter Acinetobacter baumannii (MRBA) und Carbapenem-resistente Enterobakterien (CRE). Darüber hinaus ist die Clostridium-difficile-Infektion eine der Hauptursachen für nosokomiale Diarrhö und stellt eine erhebliche Belastung für das Gesundheitssystem dar. MRE und C. difficile werden durch die Hände von medizinischem Personal, kontaminierte Umgebungen oder direkt von Mensch zu Mensch übertragen. Jüngste Studien haben gezeigt, dass kontaminierte Umgebungen im Gesundheitswesen eine wichtige Rolle bei der Übertragung multiresistenter Erreger (MDRO) und Clostridium difficile spielen, wenn Gesundheitspersonal mit kontaminierten Oberflächen in Kontakt kommt oder Patienten direkten Kontakt mit diesen Oberflächen haben^3,4. Kontaminierte Umgebungen im Gesundheitswesen reduzieren die Inzidenz von Infektionen oder Kolonisationen mit MDRO und C. difficile^5,6,7. Angesichts der weltweiten Besorgnis über die Zunahme von Antibiotikaresistenzen ist es offensichtlich, dass weitere Forschung zu Methoden und Verfahren der Dekontamination im Gesundheitswesen erforderlich ist. In letzter Zeit haben sich kontaktlose Desinfektionsverfahren, insbesondere UV-Geräte oder Wasserstoffperoxidsysteme, als vielversprechende Methoden erwiesen. Diese kommerziell erhältlichen UV- oder Wasserstoffperoxidgeräte sind jedoch nicht nur teuer, die UV-Desinfektion ist auch nur auf exponierten Oberflächen wirksam, während die Wasserstoffperoxid-Plasma-Desinfektion eine relativ lange Dekontaminationszeit vor dem nächsten Desinfektionszyklus erfordert⁵.
Ozon besitzt bekannte korrosionshemmende Eigenschaften und lässt sich kostengünstig herstellen⁸. Es ist jedoch auch bekannt, dass es gesundheitsschädlich ist, sich aber schnell in Sauerstoff zersetzt⁸. Dielektrische Barrierenentladungs-Plasmareaktoren (DBD-Reaktoren) sind mit Abstand die gebräuchlichsten Ozongeneratoren⁹. DBD-Anlagen ermöglichen die Erzeugung von Niedertemperaturplasma in der Luft und damit die Ozonproduktion. Bislang beschränkte sich die praktische Anwendung von Ozon hauptsächlich auf die Desinfektion von Schwimmbadwasser, Trinkwasser und Abwasser¹⁰. Mehrere Studien berichten über seinen Einsatz im Gesundheitswesen⁸,¹¹.
In dieser Studie demonstrierten wir mithilfe eines kompakten DBD-Plasma-Ozon-Generators dessen Wirksamkeit bei der Eliminierung multiresistenter Erreger (MDRO) und Clostridium difficile, selbst solcher, die auf verschiedenen, im medizinischen Bereich häufig verwendeten Materialien inokuliert worden waren. Darüber hinaus wurde der Ozonsterilisationsprozess anhand von Rasterkraftmikroskopie-Aufnahmen (AFM) ozonbehandelter Zellen aufgeklärt.
Die Stämme wurden aus klinischen Isolaten von VRE (SCH 479 und SCH 637), Carbapenem-resistenten Klebsiella pneumoniae (CRE; SCH CRE-14 und DKA-1), Carbapenem-resistenten Pseudomonas aeruginosa (CRPA; 54 und 83) und Carbapenem-resistenten Acinetobacter baumannii (CRAB; F2487 und SCH-511) gewonnen. Clostridium difficile wurde aus der Nationalen Pathogenkultursammlung (NCCP 11840) der koreanischen Behörde für Krankheitskontrolle und -prävention bezogen. Es wurde 2019 von einem Patienten in Südkorea isoliert und mittels Multilocus-Sequenztypisierung dem Sequenztyp ST15 zugeordnet. Brain Heart Infusion (BHI)-Bouillon (BD, Sparks, MD, USA), die mit VRE, CRE, CRPA und CRAB beimpft wurde, wurde gut vermischt und 24 Stunden lang bei 37° C inkubiert.
Clostridium difficile wurde 48 Stunden lang anaerob auf Blutagar ausgestrichen. Anschließend wurden mehrere Kolonien in 5 ml Hirn-Herz-Bouillon gegeben und weitere 48 Stunden unter anaeroben Bedingungen inkubiert. Danach wurde die Kultur geschüttelt, 5 ml 95%iges Ethanol zugegeben, erneut geschüttelt und 30 Minuten bei Raumtemperatur stehen gelassen. Nach Zentrifugation bei 3000 g für 20 Minuten wurde der Überstand verworfen und das Pellet mit Sporen und abgetöteten Bakterien in 0,3 ml Wasser resuspendiert. Die Anzahl der lebensfähigen Zellen wurde durch spiralförmiges Ausplattieren der Bakteriensuspension auf Blutagarplatten nach entsprechender Verdünnung bestimmt. Die Gram-Färbung bestätigte, dass 85–90 % der Bakterienstrukturen Sporen waren.
Die folgende Studie untersuchte die Wirkung von Ozon als Desinfektionsmittel auf verschiedene Oberflächen, die mit multiresistenten Erregern (MDRO) und Clostridium-difficile-Sporen kontaminiert waren, welche bekanntermaßen Krankenhausinfektionen verursachen. Es wurden Proben aus Edelstahl, Textil (Baumwolle), Glas, Kunststoff (Acryl) und Holz (Kiefer) mit den Maßen 1 cm × 1 cm hergestellt. Die Proben wurden vor Gebrauch desinfiziert. Alle Proben wurden vor der Bakterieninfektion autoklaviert.
In dieser Studie wurden Bakterienzellen auf verschiedenen Substratoberflächen sowie auf Agarplatten ausgebreitet. Die Platten wurden anschließend in einer geschlossenen Kammer durch Ozonbehandlung für eine bestimmte Zeit und Konzentration sterilisiert. Abbildung 1 zeigt ein Foto der Ozonsterilisationsanlage. DBD-Plasmareaktoren wurden hergestellt, indem perforierte und freiliegende Edelstahlelektroden auf der Vorder- und Rückseite von 1 mm dicken Aluminiumoxidplatten (Dielektrikum) angebracht wurden. Die perforierten Elektroden hatten einen Öffnungsdurchmesser von 3 mm und eine Lochfläche von 0,33 mm. Jede Elektrode war rund mit einem Durchmesser von 43 mm. Ein Hochspannungs-Hochfrequenz-Netzteil (GBS Elektronik GmbH Minipuls 2.2) wurde verwendet, um an den perforierten Elektroden eine sinusförmige Spannung von ca. 8 kV Spitze-Spitze bei einer Frequenz von 12,5 kHz anzulegen und so Plasma an den Elektrodenrändern zu erzeugen. Da es sich bei der Technologie um ein Gassterilisationsverfahren handelt, erfolgt die Sterilisation in einer Kammer, die volumenmäßig in ein oberes und ein unteres Kompartiment unterteilt ist. Das obere Kompartiment enthält bakteriell kontaminierte Proben, das untere die Plasmageneratoren. Das obere Kompartiment verfügt über zwei Ventile zum Abführen von Restozon. Vor dem Experiment wurde die zeitliche Veränderung der Ozonkonzentration im Raum nach Einschalten der Plasmaanlage anhand des Absorptionsspektrums der Spektrallinie bei 253,65 nm einer Quecksilberdampflampe gemessen.
(a) Schema eines Versuchsaufbaus zur Sterilisation von Bakterien auf verschiedenen Materialien mittels Ozon, erzeugt im DBD-Plasmareaktor, und (b) Ozonkonzentration und Plasmaerzeugungszeit in der Sterilisationskammer. Die Abbildung wurde mit OriginPro Version 9.0 (OriginPro Software, Northampton, MA, USA; https://www.originlab.com) erstellt.
Zunächst wurden Bakterienzellen auf Agarplatten mit Ozon sterilisiert. Dabei wurden die Ozonkonzentration und die Behandlungsdauer variiert, um die optimale Konzentration und Behandlungsdauer für die Dekontamination von multiresistenten Erregern (MDRO) und Clostridium difficile zu ermitteln. Während der Sterilisation wurde die Kammer zunächst mit Umgebungsluft gespült und anschließend durch Einschalten der Plasmaeinheit mit Ozon befüllt. Nach einer festgelegten Behandlungsdauer mit Ozon wurde das restliche Ozon mittels einer Membranpumpe entfernt. Die Messungen erfolgten mit einer Probe einer 24-Stunden-Kultur (ca. 10⁸ KBE/ml). Bakteriensuspensionen (20 μl) wurden zunächst zehnfach mit steriler Kochsalzlösung verdünnt und anschließend auf mit Ozon sterilisierten Agarplatten in der Kammer verteilt. Danach wurden wiederholt Proben, sowohl mit als auch ohne Ozonbehandlung, 24 Stunden bei 37 °C inkubiert und die Kolonien ausgezählt, um die Sterilisationseffektivität zu beurteilen.
Des Weiteren wurde gemäß den in der oben genannten Studie definierten Sterilisationsbedingungen die Dekontaminationswirkung dieser Technologie auf multiresistente Erreger (MDRO) und Clostridium difficile anhand von in medizinischen Einrichtungen üblicherweise verwendeten Testplättchen aus verschiedenen Materialien (Edelstahl, Textil, Glas, Kunststoff und Holz) untersucht. Es wurden vollständige 24-Stunden-Kulturen (~10⁸ KBE/ml) verwendet. Proben der Bakteriensuspension (20 μl) wurden zehnfach mit steriler Kochsalzlösung verdünnt, und anschließend wurden die Testplättchen in diese verdünnten Nährlösungen eingetaucht, um die Kontamination zu beurteilen. Die nach dem Eintauchen in die Verdünnungsbrühe entnommenen Proben wurden in sterile Petrischalen gegeben und 24 Stunden bei Raumtemperatur getrocknet. Der Deckel der Petrischale wurde auf die Probe gelegt und diese vorsichtig in die Testkammer gestellt. Nach dem Entfernen des Deckels wurde die Probe 15 Minuten lang 500 ppm Ozon ausgesetzt. Kontrollproben wurden in einer Sicherheitswerkbank platziert und keinem Ozon ausgesetzt. Unmittelbar nach der Ozonbehandlung wurden Proben und nicht bestrahlte Proben (Kontrollen) mit steriler Kochsalzlösung mittels Vortexmischer vermischt, um Bakterien von der Oberfläche zu isolieren. Die eluierte Suspension wurde zehnfach mit steriler Kochsalzlösung verdünnt. Anschließend wurde die Anzahl der verdünnten Bakterien auf Blutagarplatten (für aerobe Bakterien) bzw. auf anaeroben Blutagarplatten für Brucella (für Clostridium difficile) bestimmt und 24 Stunden bei 37 °C bzw. 48 Stunden unter anaeroben Bedingungen bei 37 °C in Doppelbestimmung inkubiert, um die Ausgangskonzentration des Inokulums zu ermitteln. Die Differenz der Bakterienzahl zwischen nicht bestrahlten Kontrollen und bestrahlten Proben wurde berechnet, um die logarithmische Reduktion der Bakterienzahl (d. h. die Sterilisationseffizienz) unter den Testbedingungen zu bestimmen.
Biologische Zellen müssen auf einer AFM-Bildgebungsplatte immobilisiert werden. Daher wird eine flache und gleichmäßig raue Glimmerscheibe mit einer Rauheit unterhalb der Zellgröße als Substrat verwendet. Der Durchmesser und die Dicke der Scheiben betrugen 20 mm bzw. 0,21 mm. Um die Zellen fest auf der Oberfläche zu verankern, wird die Glimmeroberfläche mit Poly-L-Lysin (200 µl) beschichtet, wodurch sie positiv und die Zellmembran negativ geladen wird. Nach der Beschichtung mit Poly-L-Lysin werden die Glimmerscheiben dreimal mit je 1 ml deionisiertem Wasser gewaschen und über Nacht an der Luft getrocknet. Anschließend werden die Bakterienzellen durch Auftropfen einer verdünnten Bakterienlösung auf die mit Poly-L-Lysin beschichtete Glimmeroberfläche aufgebracht, 30 Minuten inkubiert und die Oberfläche anschließend erneut mit 1 ml deionisiertem Wasser gewaschen.
Die Hälfte der Proben wurde mit Ozon behandelt, und die Oberflächenmorphologie von mit VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen beladenen Glimmerplättchen wurde mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM, XE-7, Park Systems) visualisiert. Das AFM wurde im Tapping-Modus betrieben, einer gängigen Methode zur Bildgebung biologischer Zellen. In den Experimenten kam ein für den berührungslosen Modus entwickelter Mikrokantilever (OMCL-AC160TS, OLYMPUS Microscopy) zum Einsatz. Die AFM-Bilder wurden mit einer Abtastrate von 0,5 Hz aufgenommen, was zu einer Bildauflösung von 2048 × 2048 Pixeln führte.
Um die Bedingungen zu ermitteln, unter denen DBD-Plasmareaktoren zur Sterilisation effektiv sind, führten wir eine Reihe von Experimenten mit multiresistenten Erregern (MDRO) (VRE, CRE, CRPA und CRAB) sowie Clostridium difficile durch, wobei wir die Ozonkonzentration und die Expositionszeit variierten. Abbildung 1b zeigt den zeitlichen Verlauf der Ozonkonzentration für jede Testbedingung nach dem Einschalten des Plasmageräts. Die Konzentration stieg logarithmisch an und erreichte nach 1,5 bzw. 2,5 Minuten 300 bzw. 500 ppm. Vorversuche mit VRE hatten gezeigt, dass mindestens 300 ppm Ozon über 10 Minuten erforderlich sind, um Bakterien effektiv zu dekontaminieren. Daher wurden in den folgenden Experimenten MDRO und C. difficile Ozon in zwei verschiedenen Konzentrationen (300 und 500 ppm) und über zwei verschiedene Expositionszeiten (10 und 15 Minuten) ausgesetzt. Die Sterilisationseffizienz für jede Ozon-Dosis und Expositionszeit wurde berechnet und ist in Tabelle 1 dargestellt. Eine Exposition gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon über 10–15 Minuten führte zu einer Reduktion der VRE um mindestens 2 log₁₀-Stufen. Diese hohe Abtötungsrate von CRE wurde bereits nach 15 Minuten Exposition gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon erreicht. Eine hohe Reduktion der CRPA (> 7 log10) wurde durch eine Exposition gegenüber 500 ppm Ozon über 15 Minuten erreicht. Eine hohe Reduktion der CRPA (> 7 log10) wurde durch eine Exposition gegenüber 500 ppm Ozon über 15 Minuten erreicht. Der CRPA-Test (> 7 log10) wurde innerhalb von 15 Minuten mit 500 Millionen Ozonproben durchgeführt. Eine starke Reduktion der CRPA (> 7 log10) wurde durch eine 15-minütige Exposition gegenüber 500 ppm Ozon erreicht.Mindestens 500 ppm oder 15 Minuten, ein CRPA-Wert (> 7 log10)。Mindestens 500 ppm oder 15 Minuten, ein CRPA-Wert (> 7 log10)。 CRPA-Minderung (> 7 log10) nach 15 Minuten Ozonkonzentration bei 500 ppm. Deutliche Reduktion der CRPA (> 7 log10) nach 15 Minuten Exposition gegenüber 500 ppm Ozon.Vernachlässigbare Abtötung von CRAB-Bakterien bei 300 ppm Ozon; Bei einer Ozonkonzentration von 500 ppm war jedoch eine Reduktion um mehr als 1,5 log10 zu verzeichnen. Bei einer Ozonkonzentration von 500 ppm war jedoch eine Reduktion um mehr als 1,5 log10 zu verzeichnen. Bei einer Ozonkonzentration von 500 Millionen Kilo wurde eine Auflösung von > 1,5 log10 erreicht. Allerdings wurde bei einer Ozonkonzentration von 500 ppm eine Abnahme von >1,5 log10 beobachtet.Bei 500 ppm beträgt der Wert mehr als 1,5 log10.Bei 500 ppm beträgt der Wert mehr als 1,5 log10. Bei einer Ozonkonzentration von 500 Millionen Tonnen wurde eine Auflösung von >1,5 log10 erreicht. Bei einer Ozonkonzentration von 500 ppm wurde jedoch eine Abnahme von >1,5 log10 beobachtet. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion um mehr als 2,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion um mehr als 2,5 log10. Ozonbelastung durch C. difficile mit einer Konzentration von 300 oder 500 Millionen Exemplaren und einer Auflösung von > 2,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion um mehr als 2,5 log10 Punkte.Bei 300 bis 500 ppm beträgt der Wert > 2,5 log10. 300 bis 500 ppm. Ozonbelastung durch C. difficile mit einer Konzentration von 300 oder 500 Millionen Exemplaren bei einer Schädigung von >2,5 log10. Die Exposition von C. difficile-Sporen gegenüber 300 oder 500 ppm Ozon führte zu einer Reduktion um mehr als 2,5 log10 Punkte.
Basierend auf den oben beschriebenen Experimenten wurde eine Ozonkonzentration von 500 ppm über 15 Minuten als ausreichend für die Inaktivierung von Bakterien ermittelt. VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen wurden hinsichtlich der keimtötenden Wirkung von Ozon auf verschiedenen Materialien, darunter Edelstahl, Textilien, Glas, Kunststoff und Holz, die häufig in Krankenhäusern verwendet werden, getestet. Die Sterilisationseffizienz ist in Tabelle 2 dargestellt. Die Testorganismen wurden zweimal untersucht. Bei VRE und CRAB war Ozon auf Glas- und Kunststoffoberflächen weniger wirksam, obwohl auf Edelstahl-, Textil- und Holzoberflächen eine Reduktion der Keimzahl um mindestens den Faktor 2 beobachtet wurde. C. difficile-Sporen erwiesen sich als resistenter gegenüber der Ozonbehandlung als alle anderen getesteten Organismen. Um den Einfluss von Ozon auf die keimtötende Wirkung verschiedener Materialien gegenüber VRE, CRAB und C. difficile statistisch zu untersuchen, wurden t-Tests durchgeführt, um die Unterschiede in der Anzahl der koloniebildenden Einheiten (KBE) pro Milliliter zwischen Kontroll- und Versuchsgruppen auf den verschiedenen Materialien zu vergleichen (Abb. 2). Zwischen den Stämmen zeigten sich statistisch signifikante Unterschiede, wobei die Unterschiede bei VRE- und CRAB-Sporen deutlicher ausfielen als bei C. difficile-Sporen.
Streudiagramm der Auswirkungen von Ozon auf die bakterielle Abtötung verschiedener Materialien (a) VRE, (b) CRAB und (c) C. difficile.
Mithilfe von Rasterkraftmikroskopie (AFM) wurden VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen nach Ozonbehandlung und unbehandelter Spore untersucht, um den Sterilisationsprozess mit Ozon detailliert zu analysieren. Abb. 3a, c und e zeigen AFM-Aufnahmen von unbehandelten VRE-, CRAB- bzw. C. difficile-Sporen. Wie in den 3D-Bildern zu sehen ist, sind die Zellen glatt und intakt. Abb. 3b, d und f zeigen VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen nach der Ozonbehandlung. Nicht nur verringerte sich die Gesamtgröße aller untersuchten Zellen, sondern ihre Oberfläche wurde nach der Ozonbehandlung auch deutlich rauer.
AFM-Bilder von unbehandelten VRE-, MRAB- und C. difficile-Sporen (a, c, e) und (b, d, f), die 15 Minuten lang mit 500 ppm Ozon behandelt wurden. Die Bilder wurden mit Park Systems XEI Version 5.1.6 (XEI Software, Suwon, Korea; https://www.parksystems.com/102-products/park-xe-bio) erstellt.
Unsere Forschung zeigt, dass das mittels DBD-Plasma erzeugte Ozon multiresistente Erreger (MDRO) und Clostridium-difficile-Sporen, die als Hauptursachen von Krankenhausinfektionen bekannt sind, effektiv dekontaminieren kann. Da Umweltkontaminationen mit MDRO und C.-difficile-Sporen eine Quelle für Krankenhausinfektionen darstellen können, erwies sich die keimtötende Wirkung von Ozon in unserer Studie auch bei Materialien, die vorwiegend im Krankenhaus verwendet werden, als erfolgreich. Dekontaminationstests wurden mit DBD-Plasma durchgeführt, nachdem Materialien wie Edelstahl, Textilien, Glas, Kunststoff und Holz künstlich mit MDRO und C.-difficile-Sporen kontaminiert worden waren. Obwohl die Dekontaminationswirkung materialabhängig variiert, ist die Dekontaminationsfähigkeit von Ozon insgesamt bemerkenswert.
Häufig berührte Gegenstände in Krankenzimmern erfordern eine routinemäßige Desinfektion auf niedrigem Niveau. Die Standardmethode zur Dekontamination solcher Gegenstände ist die manuelle Reinigung mit einem flüssigen Desinfektionsmittel, beispielsweise einer quaternären Ammoniumverbindung¹³. Selbst bei strikter Einhaltung der Empfehlungen für die Anwendung von Desinfektionsmitteln ist MPO durch herkömmliche Umgebungsreinigung (üblicherweise manuelle Reinigung) schwer zu entfernen¹⁴. Daher sind neue Technologien, wie z. B. berührungslose Verfahren, erforderlich. Folglich besteht Interesse an gasförmigen Desinfektionsmitteln, darunter Wasserstoffperoxid und Ozon¹⁰. Der Vorteil gasförmiger Desinfektionsmittel liegt darin, dass sie Stellen und Gegenstände erreichen können, die mit herkömmlichen manuellen Methoden nicht zugänglich sind. Wasserstoffperoxid wird seit Kurzem im medizinischen Bereich eingesetzt; allerdings ist Wasserstoffperoxid selbst toxisch und muss nach strengen Handhabungsvorschriften gehandhabt werden. Die Plasmasterilisation mit Wasserstoffperoxid erfordert eine relativ lange Spülzeit vor dem nächsten Sterilisationszyklus. Im Gegensatz dazu wirkt Ozon als Breitband-Antibakteriellmittel und ist wirksam gegen Bakterien und Viren, die gegen andere Desinfektionsmittel resistent sind^8,11,15. Zudem lässt sich Ozon kostengünstig aus der Umgebungsluft gewinnen und benötigt keine zusätzlichen toxischen Chemikalien, die die Umwelt belasten könnten, da es sich schließlich in Sauerstoff zersetzt. Der Grund, warum Ozon als Desinfektionsmittel nicht weit verbreitet ist, liegt jedoch darin, dass Ozon gesundheitsschädlich ist und seine Konzentration im Durchschnitt über 8 Stunden 0,07 ppm nicht überschreitet¹⁶. Daher wurden Ozonsterilisatoren entwickelt und auf den Markt gebracht, hauptsächlich zur Abgasreinigung. Es besteht außerdem die Möglichkeit, das Gas einzuatmen und nach der Desinfektion einen unangenehmen Geruch zu entwickeln^5,8. Ozon wurde daher in medizinischen Einrichtungen nicht aktiv eingesetzt. In Sterilisationskammern kann Ozon jedoch bei entsprechender Belüftung sicher verwendet werden, und seine Entfernung kann durch den Einsatz eines Katalysators deutlich beschleunigt werden. In dieser Studie zeigen wir, dass Plasma-Ozon-Sterilisatoren zur Desinfektion im Gesundheitswesen eingesetzt werden können. Wir haben ein Gerät mit hoher Sterilisationsleistung, einfacher Bedienung und schneller Anwendung für stationäre Patienten entwickelt. Zusätzlich haben wir eine einfache Sterilisationseinheit entwickelt, die ohne zusätzliche Kosten mit Umgebungsluft arbeitet. Bislang liegen nur unzureichende Informationen zu den minimalen Ozonanforderungen für die Inaktivierung multiresistenter Erreger (MDRO) vor. Das in unserer Studie verwendete Gerät ist einfach einzurichten, hat eine kurze Laufzeit und eignet sich voraussichtlich für die häufige Sterilisation von Geräten.
Der genaue Mechanismus der bakteriziden Wirkung von Ozon ist noch nicht vollständig geklärt. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Ozon bakterielle Zellmembranen schädigt, was zu intrazellulärem Austritt von Substanzen und schließlich zur Zelllyse führt^17,18. Ozon kann die zelluläre Enzymaktivität durch Reaktion mit Thiolgruppen beeinträchtigen und Purin- und Pyrimidinbasen in Nukleinsäuren modifizieren. In dieser Studie wurde die Morphologie von VRE-, CRAB- und C. difficile-Sporen vor und nach der Ozonbehandlung visualisiert. Dabei zeigte sich, dass die Sporen nicht nur kleiner wurden, sondern auch eine deutlich rauere Oberfläche aufwiesen, was auf eine Schädigung oder Korrosion der äußeren Membran und des Zellinneren durch Ozongas mit seiner starken Oxidationskraft hindeutet. Diese Schädigung kann, abhängig vom Ausmaß der zellulären Veränderungen, zur Inaktivierung der Zellen führen.
Clostridium-difficile-Sporen lassen sich nur schwer aus Krankenhauszimmern entfernen. Sie verbleiben an den Stellen, an denen sie freigesetzt wurden (10,20). Obwohl in dieser Studie die maximale logarithmische Reduktion der Bakterienzahl auf Agarplatten bei 500 ppm Ozon über 15 Minuten 2,73 betrug, war die bakterizide Wirkung von Ozon auf verschiedene Materialien, die C. difficile-Sporen enthielten, reduziert. Daher sollten verschiedene Strategien zur Reduzierung von C.-difficile-Infektionen im Gesundheitswesen in Betracht gezogen werden. Für die Anwendung in isolierten C.-difficile-Kammern kann es sinnvoll sein, die Expositionszeit und -intensität der Ozonbehandlung anzupassen. Zudem ist zu beachten, dass die Ozon-Dekontaminationsmethode die herkömmliche manuelle Reinigung mit Desinfektionsmitteln und antimikrobiellen Strategien nicht vollständig ersetzen kann, aber dennoch sehr wirksam bei der Bekämpfung von C. difficile sein kann (5). In dieser Studie variierte die Wirksamkeit von Ozon als Desinfektionsmittel je nach Art des verwendeten Materials. Die Wirksamkeit kann von verschiedenen Faktoren wie Wachstumsstadium, Zellwandbeschaffenheit und Effizienz der Reparaturmechanismen abhängen^21,22. Die unterschiedliche sterilisierende Wirkung von Ozon auf die Oberfläche der verschiedenen Materialien könnte auf die Bildung eines Biofilms zurückzuführen sein. Frühere Studien haben gezeigt, dass E. faecium und E. faecium in Form von Biofilmen die Umweltresistenz erhöhen^23,24,25. Diese Studie zeigt jedoch, dass Ozon eine signifikante bakterizide Wirkung auf multiresistente Erreger (MDRO) und C. difficile-Sporen hat.
Eine Einschränkung unserer Studie besteht darin, dass wir den Effekt der Ozonretention nach der Sanierung bewertet haben. Dies kann zu einer Überschätzung der Anzahl lebensfähiger Bakterienzellen führen.
Obwohl diese Studie die Wirksamkeit von Ozon als Desinfektionsmittel im Krankenhausumfeld untersuchte, lassen sich die Ergebnisse nur schwer auf alle Krankenhäuser übertragen. Daher ist weitere Forschung erforderlich, um die Anwendbarkeit und Kompatibilität dieses DBD-Ozonsterilisators im realen Krankenhausalltag zu prüfen.
Das von DBD-Plasmareaktoren erzeugte Ozon könnte ein einfaches und wertvolles Dekontaminationsmittel für multiresistente Erreger (MDRO) und Clostridium difficile sein. Daher kann die Ozonbehandlung als wirksame Alternative zur Desinfektion von Krankenhausumgebungen in Betracht gezogen werden.
Die in der vorliegenden Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze können auf begründete Anfrage bei den jeweiligen Autoren angefordert werden.
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