Schutzschicht gegen Infektionen – Polymerbürsten mit Minieiweißen schützen Implantate

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Infektionen an Implantaten sind gefürchtete Komplikationen bei medizinischen Eingriffen. Rund 2-6 % aller Patienten sind davon betroffen. Wissenschaftler des KIT-Instituts für Funktionelle Grenzflächen (IFG) haben jetzt eine Schutzschicht entwickelt die verhindert, dass Bakterien Implantate besiedeln und durch das Entstehen gefährlicher Biofilme schwerwiegende Infektionen auslösen. Im Tierversuch erwies sich die Schutzschicht als hochwirksam und zellverträglich [1].

Polymerkonstrukt erhöht Konzentration an Peptiden

Für die Infektionen sind Biofilme an den Implantaten verantwortlich. Sie entstehen, wenn sich Bakterien an dem Implantat festsetzen. "Die Bakterien entlassen bestimmte Substanzen, die ein Gerüst bilden, in dem Bakterien dreidimensional aufwachsen und sich innerhalb dieses Systems spezialisieren können", so Projektleiter Dr. Kai Hilpert. Solche Biofilme sind um ein Vielfaches widerstandsfähiger gegenüber Antibiotika.

Hochinteressant für die Infektionsbekämpfung sind antimikrobielle Peptide (AMPs), d. h. kleine Eiweiße, die aus einer kurzen Kette von Aminosäuren bestehen. Denn sie können sowohl gramnegative als auch grampositive Bakterien, aber auch Pilze, Viren oder Parasiten abtöten und haben damit eine Breitbandwirkung. Solche Peptide mit antibiotischer Wirkung fixierten die Wissenschaftler mittels Polymeren auf Implantat-Oberflächen. Das Konstrukt, das in der Form an eine Flaschenbürste erinnert, hat mehrere Vorteile: "Durch den Träger und seine besondere Form konnten wir die Konzentration an Peptiden erhöhen. Die Fixierung verhindert zugleich eine Diffusion der antimikrobiellen Peptide", erklärt Hilpert.

AMPs verhindern auch Biofilmbildung

"Erstaunlicherweise verhindern in unserem Konstrukt die AMPs auch die Biofilmbildung", erklärt Hilpert. Wurden beschichtete Implantat-Stücke in eine Nährlösung mit sehr hoher Konzentration von Bakterien gelegt, stellten die Wissenschaftler im Unterschied zu unbeschichteten Implantaten kaum einen Bewuchs mit Bakterien fest. Zugleich belegten Versuche in Zellkultur und an Ratten, dass die Schutzschicht biokompatibel, also unschädlich für Körperzellen ist. Bisher wurden die Beschichtungen an Titanoberflächen untersucht, da dieses Material in sehr vielen Implantaten vorkommt. "Das gleiche Prinzip lässt sich aber auch auf anderen Oberflächen anwenden, beispielsweise bei Kathetern aus Kunststoff", so Hilpert.

Momentan werden am IFG die zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen weiter erforscht, damit baldmöglichst mit klinischen Studien begonnen werden kann.

Quelle: Pressemitteilung des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

Literatur

• 1 Guangzheng G, et al. J Biomaterials. 2011;  DOI: 10.1016/j.biomaterials.2011.02.013