Decontamination of collagen biomatrices with combined pulsed electric field and nisin treatment

Abstract

Pulsed electric field (PEF) treatment has been proposed as a decontamination method for labile matrices used in tissue engineering applications. Through the application of PEF, a non-thermal treatment that causes bacterial inactivation through the irreversible rupture of microbial cell membranes, inactivation is achieved without loss of scaffold structure and function. However, some microorganisms are less susceptible to PEF treatment. This study shows that treatment with PEF and nisin, a food preservative bacteriocin, has a synergistic effect on the inactivation of Staphylococcus epidermidis in collagen gels. Almost complete inactivation of a 10(3) -10(4) CFU/mL S. epidermidis population was achieved when treated with a combination of PEF and 500 IU/mL nisin, with results demonstrating a 3.4 log(10) reduction, compared with 0.66 log(10) reduction with PEF alone. Nisin, at concentrations up to 3000 IU/mL, had no discernable toxicity to mammalian 3T3 cells when added to the culture medium or incorporated into the collagen gels. This combined decontamination method, involving PEF plus nisin, may provide a non-destructive process for inactivation of PEF-resistant bacteria in labile tissue engineering scaffolds.

Characterization and Cytotoxic Evaluation of Bacteriocins Possessing Antibiofilm Activity Produced by Lactobacillus plantarum SJ33

“…Nisin and pediocin demonstrated lower cytotoxic effect on normal Vero cell lines (Vaucher et al 2010). Additionally, Nisin and other lantibiotics showed mild cytotoxic effect on various eukaryotic cell lines at higher than lethal concentration (Griffiths et al 2011). Bioactive metabolites produced by L. plantarum showed low cytotoxicity on normal mammalian cells (Chuah et al 2019).…”

Pressure Shift Freezing as Potential Alternative for Generation of Decellularized Scaffolds

“…Pulsed electrical field technique is also known for decontamination of scaffolds or for temporary perforation of cell membranes [16]. The pulsed electric field unit used was constructed at the Technische Universität Berlin.…”

Nisinin Sinerjistik Antimikrobiyel Etkisi

“…Şekil 3. PEF yönteminin nisin ile birlikte kullanıldığında mikrobiyal popülasyonlar üzerinde oluşturduğu sinerjistik antimikrobiyel etki mekanizması [51] PEF yönteminin nisin ile sinerjistik antimikrobiyel etkisinin esas alındığı birçok bilimsel çalışma bu yöntemin gıda muhafazasında ve biyogüvenliğinde kullanılmasına ışık tutmaktadır [3,4,[90][91][92][93]. Nisin gibi antimikrobiyellerin orta derece ısıl işlemlerle birlikte gerçekleştirilen PEF uygulamalarında özellikle meyve suyu gibi düşük asitli gıdalarda gelişebilen mikroorganizmaların vejetatif formları üzerinde etkili kontrol sağlanabilmektedir [4].…”

“…Nisin gibi antimikrobiyellerin orta derece ısıl işlemlerle birlikte gerçekleştirilen PEF uygulamalarında özellikle meyve suyu gibi düşük asitli gıdalarda gelişebilen mikroorganizmaların vejetatif formları üzerinde etkili kontrol sağlanabilmektedir [4]. Ayrıca nisin ve PEF kombin uygulaması, kollajen jel yapılarında soruna neden olan Staphylococcus epidermis üzerinde yarattığı sinerjistik antimikrobiyel etkisinden dolayı doku mühendisliğinde de kullanım alanı bulmuştur [90] Nisin ve PEF kombin uygulamasının sinerjistik etkisi, fosfat tamponlu ortamda Micrococcus luteus'a, birada Lb. plantarum'a, yağsız sütte S. aureus'a ve B. cereus'un vejetatif hücrelerine de yapılan çalışmalarla tespit edilmiştir [94,97].…”