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 erforschen Wissenschaftler die Oberflächeninteraktionen zwischen verschiedenen Stämmen schädlicher Pilze auf nanostrukturierten Materialien. Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass raue Oberflächen mit mikroskopischen Strukturen, die von den bakterientötenden Stacheln auf Insektenflügeln (Zikaden, Libellen) inspiriert sind, medikamentenresistente Superkeime, darunter auch Pilze, wirksam bekämpfen. Die Arbeit wurde Anfang September in der Zeitschrift Advanced Materials Interfaces veröffentlicht. Anschließend versuchte das Wissenschaftlerteam, ein Modell aus winzigen Titanspitzen zu entwickeln, 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 auf die Eliminierung von Mikroorganismen bei Kontakt und begrenzt dadurch den Einsatz chemischer Mittel. Phuc experimentierte zusammen mit seinem Teammitglied Dr. Denver Linklater mit mehreren mikroskopischen Zylinderoberflächen aus Titan.

Die Stacheln sind speziell konstruiert und haben eine Höhe, die der einer Bakterienzelle entspricht. Sie wurden auf die Oberfläche von Titanimplantaten aufgepfropft und auf ihre Wirksamkeit bei der Abtötung multiresistenter Candida-Bakterien getestet. Dieser potenziell tödliche Pilz ist für jede zehnte Infektion mit medizinischen Geräten in Krankenhäusern verantwortlich.

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

Eine intakte Candida-Zelle auf einer polierten Titanoberfläche (links) und eine geplatzte Candida-Zelle auf einer mit Mikrostacheln versehenen Titanoberfläche (rechts). Foto: Forschungsteam

Laut Dr. Denver Linklater zeigten Proteinstoffwechselanalysen, dass der Stoffwechsel geschädigter Candida albicans-Zellen bis zu 7 Tage lang stark gehemmt wurde, wodurch sie sich nicht mehr vermehren und schließlich zum Selbstmord führen konnten. Die verbleibenden Zellen sind nicht länger überlebensfähig und stellen 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, dass sich die Mikrospikes aus Titan in der Machbarkeitstestphase befinden. Das Team möchte außerdem die antimykotischen Eigenschaften dieser Probe an verschiedenen Mikrobenstämmen testen, um die Mikrospike-Größe für eine optimale antimikrobielle und antibakterielle Wirksamkeit zu optimieren.

Nhu Quynh

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