Antibakterielle Funktionalisierung von Werkstoffoberflächen für orthopädische Implantate

• Applicant: Professor Dr. Ralf Busch
• Subject Area: Biomaterials
• Term: from 2007 to 2010
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 40095995

Bakterielle Infektionen nach der Implantation einer Endoprothese stellen ein bedeutendes klinisches Problem dar. Durch die Adhäsion von Bakterien, die sich auf der Biomaterialober-fläche anlagern und einen Biofilm bilden, wird die Wundheilung und das Einwachsen des Implantats stark beeinträchtigt. Da die bisherigen Versuche, direkt auf der Oberfläche der Implantate Medikamente mit retardierter Freisetzung anzukoppeln, wenig erfolgreich waren, stellt die Beladung von Oberflächen mit nachhaltiger Wirkstofffreisetzung eine interdiszipli-näre Herausforderung für Forschung und Entwicklung dar. Grundlegende Verbesserungen auf diesem Gebiet sollen im vorgelegten deutsch/französischen Gemeinschaftsprojekt mit definierten Oberflächen und Wirkstoffankopplungen gefunden werden. Die Gruppe aus Saarbrücken erarbeitet mikro- und nanostruktierte Oberflächenmodifikationen, die hiernach von der Gruppe aus Lille mit Wirkstoffen funktionalisiert werden. Für die Oberflächenmodifi-kationen sind Ätzverfahren sowie Sol-Gel-Modifikationen auf der Basis von TiO2, Nb2O5, auf Titan, Ti-Nb-Legierungen und Stahl 316L als Referenz vorgesehen. Die Oberflächenschich-ten werden bezüglich Haftfestigkeit, Struktur und effektiver Oberfläche sowie biologischer Verträglichkeit charakterisiert. Im Rahmen der geplanten Untersuchungen soll zudem geklärt werden, ob eine Verminderung der Bakterienadhäsion und –vermehrung bereits durch eine Strukturierung des metallischen Grundwerkstoffs erreicht werden kann. Die Anbindung der Wirkstoffe erfolgt direkt oder in Nanopartikeln eingeschlossen, durch Adsorption über elek-trostatische und/oder kapillare Kräfte sowie durch kovalente Bindung über Spacer. Zur Wirk-stoffbindung - direkt oder auf Nanopartikeln - sind mit Priorität Semicarbizide vorgesehen, deren Bindungsfähigkeit an die gezielt strukturierten oxidischen Oberflächen ausgenutzt wird. Ein weiteres Anbinden von „Käfigmolekülen“ wie Cyclodextrine an die funktionalisierten Oberflächen und /oder Nanopartikel erlauben den Vorteil eines zusätzlichen Drug Delivery Systems. Als Wirkstoffe dienen an erster Stelle Antibiotika; Antithrombogenika, Proliferati-onshemmer oder Adhäsionsmoleküle usw. sind später in das System einzubringen. Die Technologien lassen sich auf andere Implantate mit anderen Anforderungen übertragen.

• DFG Programme: Research Grants
• Participating Person: Dr.-Ing. Stefan Winter