Wissenschaftler entwickeln Titanspitzen zur Vorbeugung von Infektionen nach Implantaten

Dr. Le Hoang Phuc (30 Jahre alt) und seine Kollegen an der RMIT University (Australien) haben ein Modell aus mikroskopisch kleinen, in Titanimplantate eingravierten Spitzen entwickelt, um Patienten ohne Medikamente vor Bakterien und Pilzen zu schützen.

Seit 2020 untersuchen Wissenschaftler die Oberflächeninteraktionen zwischen verschiedenen Stämmen schädlicher Pilze auf nanostrukturierten Materialien. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass raue Oberflächen mit mikroskopischen Strukturen, inspiriert von den antibakteriellen Stacheln auf Insektenflügeln (Zikaden, Libellen), medikamentenresistente Superbakterien, darunter auch Pilze, wirksam bekämpfen. Die Arbeit wurde Anfang September in der Fachzeitschrift „Advanced Materials Interfaces“ veröffentlicht. Das Wissenschaftlerteam entwickelte daraufhin ein Modell aus Titan-Mikrostacheln, um Patienten ohne Medikamente vor Bakterien und Pilzen zu schützen.

Forschungsgruppe für multifunktionale mechanische antibakterielle Materialien (von links nach rechts): Denver Linklater, Le Hoang Phuc, Elena Ivanova, Arturo Aburto-Medina, Karolline De Sousa. Foto: RMIT University

Der Ansatz des Teams konzentriert sich darauf, Mikroorganismen bei Kontakt zu eliminieren und so den Einsatz chemischer Mittel zu begrenzen. Phuc und sein Teammitglied Dr. Denver Linklater experimentierten mit mehreren mikroskopisch kleinen Titanzylinderoberflächen.

Die speziell entwickelten Stacheln, die dieselbe Höhe wie eine Bakterienzelle haben, wurden auf die Oberfläche von Titanimplantaten aufgebracht und auf ihre Wirksamkeit bei der Abtötung von multiresistentem Candida getestet. Dabei handelt es sich um einen potenziell tödlichen Pilz, der für eine von zehn im Krankenhaus erworbenen Infektionen durch medizinische Geräte verantwortlich ist.

Dadurch können die winzigen Titanspitzen bei Kontakt etwa die Hälfte der schädlichen Zellen zerstören. Die verbleibenden Pilzzellen sind aufgrund der Schädigung nicht mehr überlebensfähig und können sich nicht mehr vermehren oder Infektionen verursachen.

Eine intakte Candida-Zelle auf einer polierten Titanoberfläche (links) und eine beschädigte Candida-Zelle auf einer mikrostacheligen Titanoberfläche (rechts). Foto: Forschungsteam

Laut Dr. Denver Linklater zeigte die Proteinaktivitätsanalyse, dass geschädigte Candida albicans-Zellen bis zu sieben Tage lang stark metabolisch gehemmt wurden, wodurch sie sich nicht mehr vermehren konnten und schließlich abstarben. Die verbleibenden Zellen waren nicht mehr überlebensfähig und stellten ihre Funktion ein (Apoptose oder programmierter Zelltod).

„Diese Entdeckung zeigt, wie künstlich hergestellte antimykotische Oberflächen die Bildung von Biofilmen aus gefährlichen, multiresistenten Hefen verhindern können“, sagte Professor Elena Ivanova, eine der ersten, die die Fähigkeit zur Abtötung von Bakterien auf Insektenflügeln untersucht hat.

Dr. Phuc sagte, die Titan-Mikrospikes befänden sich in der Machbarkeitstestphase. Das Team möchte außerdem die antimykotischen Eigenschaften dieses Modells an verschiedenen Mikroorganismenstämmen testen, um die Größe der Mikrospikes für eine optimale antimikrobielle und antibakterielle Wirkung zu optimieren.

Nhu Quynh

Quellenlink: https://vnexpress.net/nha-khoa-hoc-che-tao-gai-titan-ngan-nhiem-trung-sau-cay-ghep-4649502.html