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Control of methicillin-resistant Staphylococcus aureus in planktonic form and biofilms: A biocidal efficacy study of nonthermal dielectric-barrier discharge plasma - 12/08/11

Doi : 10.1016/j.ajic.2009.11.002 
Suresh G. Joshi, MD, PhD a, b, , Michelle Paff, BS a, Gary Friedman, PhD b, Greg Fridman, PhD b, c, Alexander Fridman, PhD b, Ari D. Brooks, MD a
a Surgical Infections Program, Department of Surgery, College of Medicine, Drexel University, Philadelphia, PA 
b Division of Plasma Biology & Medicine, A.J. Drexel Plasma Institute, Drexel University, Philadelphia, PA 
c School of Biomedical Engineering, Science, & Health Systems, Drexel University, Philadelphia, PA 

Address correspondence to Suresh G. Joshi, MD, PhD, Program on Surgical Infections Research, Department of Surgery, Drexel University College of Medicine, 245 N 15th St, Mail 413, NCB-7150, Philadelphia, PA 19102.

Abstract

Background

Bacterial contamination of surfaces with methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a serious problem in the hospital environment and is responsible for significant nosocomial infections. The pathogenic contaminants form biofilms, which are difficult to treat with routine biocides. Thus, a continuous search for novel disinfection methods is essential for effective infection control measures. This demonstration of a novel technique for the control of virulent pathogens in planktonic form as well as in established biofilms may provide a progressive alternative to standard methodology.

Methods

We evaluated a novel technique of normal atmospheric nonthermal plasma known as floating-electrode dielectric-barrier discharge (FE-DBD) plasma against a control of planktonic and biofilm forms of Escherichia coli, S aureus, multidrug-resistant methicillin-resistant S aureus (MRSA) -95 (clinical isolate), -USA300, and -USA400, using widely accepted techniques such as colony count assay, LIVE/DEAD BacLight Bacterial Viability assay, and XTT (2,3-Bis(2-methoxy-4-nitro-5-sulfophenyl)-2H-tetrazolium-5-carboxanilide) assay.

Results

Exposure of free living planktonic forms of E coli, S aureus, and MRSA were rapidly inactivated by DBD plasma. Approximately 107 bacterial cells were completely (100%) killed, whereas 108 and 109 were reduced by approximately 90% to 95% and 40% to 45%, respectively, in less than 60 seconds (7.8 J/cm2) and completely disinfected in ≤120 seconds. In established biofilms, the susceptibility of MRSA USA400 was comparable with USA300 but less susceptible than MRSA95 (clinical isolate), S aureus, and E coli (P < .05) to FE-DBD plasma, and plasma was able to kill MRSA more than 60% within 15 seconds (1.95 J/cm2). The killing responses were plasma exposure-time dependent, and cell density dependent. The plasma was able disinfect surfaces in a less than 120 seconds.

Conclusion

Application of DBD plasma can be a valuable decontamination technique for the removal of planktonic and biofilm-embedded bacteria such as MRSA -USA 300, -USA 400, methicillin-sensitive S aureus (MSSA), and E coli, the more common hospital contaminants. Of interest, E coli was more resistant than S aureus phenotypes.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Key Words : Dielectric-Barrier Discharge plasma, dielectric barrier discharge, nonthermal plasma, Escherichia coli, Staphylococcus aureus, methicillin-resistant S aureus, MRSA, infection control


Plan


 Supported through the award from Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Department of Defense of the United States Government, and the Telemedicine and Advanced Technology Research Center (TATRC).
 Conflicts of interest: None to report.


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Vol 38 - N° 4

P. 293-301 - mai 2010 Retour au numéro
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