Entwicklung keimtötender Implantate

Jun.-Prof. Dr. Christina Sengstock (Professorin für Experimentelle Regenerative Medizin und Nano-Biomaterialforschung der Chirurgischen Forschung Bergmannsheil; Leitung: Prof. Dr. Manfred Köller) sucht nach Wegen, wie man die keimtötende Wirkung von Silber durch Kombination mit anderen Edelmetallen für medizinische Implantatmaterialien nutzbar machen kann. Für ihr neues Forschungsvorhaben zur „Biologischen Wirkung von bimetallischen Nanopartikeln auf Basis von Silber und Platinmetallen“ erhält sie jetzt erneut eine dreijährige Förderung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Höhe von rund 237.000 Euro. Ihre Arbeit ist Teil eines DFG-Kooperationsprojektes, in dem die Bergmannsheil-Forscher mit Chemikern der Universität Duisburg-Essen (Prof. Dr. Matthias Epple) und Physikern des Forschungszentrums Jülich (Dr. Marc Heggen) eine Arbeitsgruppe bilden.

Infektionsgefahren vermeiden durch neue Biomaterialien

„Aufgrund zunehmender bakterieller Resistenzen gegen Antibiotika ist die Entwicklung zusätzlicher antibakteriell wirkender Materialien essentiell, um Infektionsgefahren abzuwehren“, sagt die Wissenschaftlerin. Implantat-assoziierte Infektionen stellen ernste klinische Probleme dar. Spezielle neue Oberflächen und chemische Modifikationen von Implantatmaterialien dienen dazu, das Anhaften von Keimen (Adhärenz) an Implantaten zu verhindern oder zu erschweren. Aus der Gruppe der Metalle ist Silber bezüglich der antimikrobiellen Eigenschaft besonders gut geeignet. Die antibakterielle Wirkung von Silber hängt dabei mit der Menge der Ionen zusammen, die durch oxidative Prozesse freigesetzt werden.

„Opferanodenprinzip“ steigert Silberionenfreisetzung

„Wir haben kürzlich zeigen können, dass ein sogenanntes Opferanodenprinzip die Silberionenfreisetzung und damit die antibakterielle Wirkung effizient steigern kann“ so die Wissenschaftlerin. „Hierfür ist eine Kombination von Silber mit einem elektrochemisch edleren Metall (z. B. Platin) in einem Elektrolyt-System – wie zum Beispiel Gewebsflüssigkeit oder Blut – nötig. Unter diesen Bedingungen löst sich vornehmlich das elektrochemisch unedlere Silber initial auf; es „opfert“ sich für das edlere Platin. Dieses Prinzip ist in technischen Anwendungen wie zum Beispiel im Schiffbau, im Straßenfahrzeugbau oder in Heißwasser-Geräten weit verbreitet.

Großes Potenzial für die Biomaterial-Forschung

Für antibakterielle Strategien im medizinischen Bereich wird es bisher aber kaum genutzt. Jetzt wollen die Forscher dieses Prinzip in Nanopartikeln realisieren und erproben, dieses in neuartigen Biomaterialien einzusetzen. Sie untersuchen dabei, welchen Einfluss die Zusammensetzung der Partikel und ihrer Größe auf Bakterien und auf Zellen hat. Die zentrale Fragestellung lautet: Ist es möglich, eine selektive antibakterielle Wirkung des Silbers bei niedriger Zelltoxizität zu erreichen, also ohne die Zellen zu schädigen? Jun.-Prof. Dr. Sengstock sieht in dem neuen Ansatz großes Potenzial: „Mit unseren Forschungen wollen wir in Zukunft antiinfektive Oberflächen für Implantate entwickeln und für die klinische Anwendung testen.“

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