Antibakterielle Knochenimplantate halten Keime in Schach

Jedes Jahr infizieren sich Hunderttausende von Patienten in deutschen Krankenhäusern mit Keimen, die gegen alle gängigen Antibiotika resistent sind. In der Folge kommt es zu nicht heilenden Wunden, chronischen Entzündungen und nicht selten sogar zu Todesfällen. Multiresistente Keime sind daher ein enormes Problem für das deutsche Gesundheitswesen.

Auch wenn Chirurgen Knochenimplantate einsetzen, können Keime in den Körper eindringen, was besonders problematisch ist, da sich Infektionen am Knochen schwer behandeln lassen. Denn falls Antibiotika überhaupt wirksam sind, erreichen sie die Implantate nur in sehr geringen Konzentrationen. Besser wäre es also, Infektionen von vornherein zu vermeiden. Seit Jahren sind Forscher daher auf der Suche nach einem Knochenersatzstoff mit integriertem Infektionsschutz.

Knochenimplantate: Mit Metallionen gegen Bakterien

Knochenimplantate bestehen aus Apatit-Kristallen, die - genauso wie natürliche Knochen - aus Kalzium und Phosphor aufgebaut sind. Bisher haben Hersteller versucht, Infektionen zu vermeiden, indem sie Knochenersatzstoffe mit Antibiotika beschichtet haben. Ein hundertprozentiger Schutz ist das jedoch nicht, denn resistente Keime können sich dennoch ausbreiten.

Ein Forscherteam vom Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart hat zusammen mit Materialwissenschaftlern vom französischen Institut Carnot CIRIMAT in Toulouse nach einer alternativen Methode zur Bakterienabwehr gesucht. In ihrem Projekt "Biocapabili" ("Biomimetic Calcium Phosphate Anti-bacterial Bone Implants for Local-infection Inhibition") haben sie einen Knochenersatzstoff mit integriertem Infektionsschutz entwickelt.

Das Ziel der Forscher war es, mit natürlichen Stoffen die Besiedlung der Knochenimplantate mit Keimen zu vermindern oder zu unterdrücken. Dafür hat das Team mit verschiedenen Stoffen und Verbindungen wie beispielsweise mit Silber-, Kupfer- und Zinkionen, aber auch mit Enzymen und Peptiden experimentiert. Unter anderem ist es den Wissenschaftlern gelungen, Metallionen in die Apatit-Kristalle einzubauen, die es Bakterien schwer machen zu wachsen. Im Labortest zeigte sich, dass auf so behandelten Knochenersatzstoffen das Wachstum von gefährlichen Keimen um mehr als 90 Prozent reduziert war.

Knochenimplantate mit Peptidbeschichtung

Eine ähnliche Wirkung konnten die Wissenschaftler mit einer Peptid-Beschichtung, die zersetzend auf Bakterien wirkt, erzielen. Die mikrobiologische Prüfung bestätigte, dass sich auf den so beschichteten Knochenimplantaten Keime nicht vermehren konnten.

Die Forscher konnten damit zeigen, dass es möglich ist, mit natürlichen Stoffen das Risiko für eine Infektion mit Krankenhauskeimen zu reduzieren. Die entwickelten Verbindungen müssen allerdings jetzt noch auf ihre Verträglichkeit geprüft werden. Den ersten Schritt haben die Wissenschaftler bereits gemacht: Den Implantatproben wurden menschliche Zellkulturen beigemengt, um zu überprüfen, wie viel Metallionen, Enzyme oder Peptide im Granulat die Zellen vertragen. Als nächstes sollen klinische Untersuchungen folgen, die das deutsch-französische Forscherteam in Zusammenarbeit mit der Industrie durchführen will.

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