Implantate: Komplikationen nach OP durch spezielle Beschichtung verringern
Bei der Implantation künstlicher Gelenke kommt es häufig zu Entzündungsreaktionen – Foto: ©Christoph Burgstedt - stock.adobe.com
Nach Operationen, bei denen Implantate eingesetzt werden, kommt es nicht selten zu Komplikationen. Das betrifft die Implantation von Herzschrittmachern, Insulinpumpen, aber auch Hüft- oder Knieprothesen. Der Grund: Das Immunsystem erkennt das Implantat als Fremdkörper und versucht, dieses abzustoßen. „An sich ist das eine ganz natürliche und nützliche Reaktion des Immunsystems“, so der Biophysiker Prof. Dr. Thomas Groth von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Doch wenn diese Reaktion nach einigen Wochen nicht abklingt, kann es zu chronischen Entzündungen und schwerwiegenderen Komplikationen kommen.
Makrophagen fördern Entzündungsreaktion
Um den Fremdkörper abzustoßen, lockt das Immunsystem verschiedene Zellen an, die versuchen, den Fremdkörper abzustoßen oder zu isolieren. „Dazu gehören zum Beispiel Makrophagen, die sogenannten Fresszellen, und weitere Arten von weißen Blutkörperchen, sowie Bindegewebszellen“, erklärt Groth. So könne es passieren, dass ein Implantat mit Bindegewebe verkapselt wird, was für die Betroffenen sehr schmerzhaft sein kann. Das Implantat kann dann zudem nicht mehr seine eigentliche Funktion ausüben. Häufig kommen für die Behandlung einer chronischen Entzündung Medikamente zum Einsatz, die die Immunreaktion unterdrücken.
Das Team von Thomas Groth hat daher nach einem einfachen Weg, das Immunsystem schon im Vorfeld gewissermaßen zu drosseln. Dafür entwickelten die Forscher eine neue Beschichtung für Implantate, die entzündungshemmende Stoffe enthält, nämlich Heparin und Hyaluron-Säure.
Entzündungshemmende Stoffe halten Immunsystem in Schach
Im Labor behandelten die Wissenschaftler nun eine Oberfläche mit den beiden Materialien, indem sie eine wenige Nanometer dicke Schicht darauf auftrugen. „Die Schicht ist so dünn, dass sie die Funktion des Implantats nicht beeinträchtigt. Sie muss aber so viel Wirkstoff enthalten, dass die Reaktion des Immunsystems so lange kontrolliert wird, bis die Entzündungsreaktion abgeklungen ist“, so Groth. In Zellversuchen konnten die Forscher beobachteten, wie die beiden Stoffe von den Makrophagen aufgenommen wurden und so die Entzündung in den Zellproben verringerten, wohingegen unbehandelte Zellen deutliche Anzeichen für eine ausgeprägte Entzündungsreaktion zeigten.
Heparin zeigte hohe Wirksamkeit
Der Grund dafür ist, dass die Wirkstoffe in den Makrophagen einen bestimmten Signalweg behindern, der maßgeblich für die Immunantwort und den Zelltod ist. „Sowohl Heparin als auch die Hyaluron-Säure verhindern die Ausschüttung bestimmter Botenstoffe, die normalerweise entzündungsfördernd sind. Heparin zeigt dabei eine noch höhere Wirksamkeit, weil es von Makrophagen-Zellen aufgenommen werden kann“, fasst Groth zusammen.
Bisher haben die Forscher das Verfahren nur auf Modelloberflächen und in Zellkulturen erprobt. Weitere Studien an echten Implantaten und in Modellorganismen sollen folgen. Die aktuelle Arbeit wurde im "International Journal of Molecular Sciences“ veröffentlicht.
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