Implantate: Antimikrobieller Schutzschild kreiert

13. Februar 2014
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Chemiker haben einen neuen einstufigen Syntheseprozess zur Verkapselung von Nanopartikeln entwickelt. Dadurch könnte sich die Wirksamkeit der antimikrobiellen Beschichtung von Implantaten verbessern.

Die westliche Bevölkerung lebt länger bei guter Gesundheit. Immer mehr Leute, zum Beispiel junge Pensionierte, lassen sich Implantate einsetzen, um weiterhin ihren Aktivitäten nachgehen zu können. Aber solche Eingriffe sind nicht ohne Risiken: Während der Operation können Bakterien auf die Oberfläche des Implantats gelangen und sich dort entwickeln. Wenn sich die Bakterien vermehren und einen Biofilm bilden, muss das Implantat entfernt und die Wunde gesäubert werden. Danach muss die Infektion völlig ausheilen, bevor ein neues Implantat eingesetzt werden kann. Diese Komplikationen treten bei zwei Prozent der künstlichen Hüftgelenke auf, bei fünf bis zehn Prozent der künstlichen Kniegelenke und sogar bei bis zu 50 Prozent der Stent- und Shunt-Operationen am Herzen.

Die Vermehrung von Bakterien auf der Oberfläche kann mit einer antimikrobiellen Beschichtung bekämpft werden. Eine Forschungsgruppe an der Universität Freiburg unter der Leitung von Katharina Fromm hat eine solche Beschichtung entwickelt. Sie wird gegenwärtig im Rahmen eines KTI-Projekts mit in-vivo-Tests geprüft. Die Beschichtung gibt während etwa drei Monaten fortlaufend antimikrobielle Silberionen ab.

Beschichtung mit längerer Wirksamkeit

Um die Wirksamkeit zu verlängern, arbeiten die Forscher an einer Beschichtung der zweiten Generation, in der die Silber-Nanopartikel in Siliziumdioxid eingekapselt werden. Die Kapseln verbessern die Stabilität der Nanopartikel, indem sie sie von der Umwelt abschirmen. Sie verlangsamen auch die Abgabe des Silbers und verlängern so die Wirksamkeit der Beschichtung. Ein weiterer Vorteil dieser Methode liegt darin, dass Körperzellen die eingekapselten Silber-Nanopartikel besser tolerieren als „nackte“.

Die Forscher haben nun im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms „Intelligente Materialien“ (NFP 62) einen einstufigen Syntheseprozess zur Verkapselung von Nanopartikeln entwickelt. Der Prozess macht es auch möglich, die Porosität und die Größe der Kapsel im Verhältnis zu den Nanopartikeln anzupassen. Unter dem Mikroskop sieht das Ganze wie eine nanoskalige Rassel aus.

Gezielte Abgabe

Um die Beschichtung noch effektiver zu machen, arbeiten die Forscher momentan an Sensoren, die Bakterien erkennen und sich auf der Kapsel anbringen lassen. Dadurch würde das Silber nur dann abgegeben, wenn sich ein Schädling in der Nähe befindet. Diese gezielte Abgabe würde nicht nur die Wirksamkeit weiter verlängern, sie würde auch dazu führen, dass Silber nicht unnötigerweise in den Organismus gelangt.

Originalpublikation:

One-pot synthesis and catalytic properties of encapsulated nanoparticles in silica nanocontainers
Magdalena Priebe et al.; Particle & Particle Systems Characterization, doi: 10.1002/ppsc.201300304; 2014

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