Entwicklung und Validierung von antibakteriellen Plasmananofilmen mittels mikrosystembasierten thermischen Sensorsystemen

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Altenburger; Dr.-Ing. Michael Bergmann
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 420539095

Die heutzutage weitverbreitete Nutzung ständig neuer Antibiotika erhöht den Selektionsdruck auf Bakterien. Dieser führt, speziell bei nicht indikationsgerechter und nicht sachgerechter Anwendung, zu einer stetig steigenden Resistenzbildung mit klinisch zum Teil fatalen Folgen für Patienten. Im Hinblick auf die Resistenzproblematik sind Biofilme von besonderer Bedeutung. Antibakterielle Stoffe können den Biofilm nicht durchdringen und folglich nicht wirken oder benötigen erheblich höhere Konzentrationen. Hier möchte die Arbeitsgruppe ansetzen und die Anlagerung von Bakterien an die Grenzfläche und somit den ersten Schritt der Biofilmbildung unterbinden. Zur Minimierung der bakteriellen Besiedelung an Grenzflächen sind antimikrobielle Peptide (AMPs) eine vielversprechende Alternative. Ihr Wirkspektrum gegenüber einer Vielzahl von Bakterien aber auch Pilzen und sogar Viren ist sehr vielfältig. Auch sind die AMPs bei multiresistenten Bakterien wirksam und führen schon bei sehr geringen Konzentrationen zur Abtötung von Bakterien. AMPs zählen somit zu einer neuen Klasse von Antiinfektiva, die das Potenzial besitzen, Antibiotika und die damit verbundene einhergehende Problematik der Multiresistenz zu substituieren. Im Moment ist jedoch der breite Einsatz von AMPs auf Grund der fehlenden Methode zur stabilen Immobilisierung auf den Zieloberflächen nicht möglich. In diesem Verbund wird eine neuartige Herangehensweise aufgezeigt. Dabei werden die AMPs durch einen Plasmajet auf die Oberfläche aufgebracht und gleichzeitig immobilisiert. Die Optimierung der Trägerpolymere für die Anbindung, im Hinblick auf eine spezielle Strukturerhaltung der AMPs, bietet einerseits ein hohes Forschungsinteresse und andererseits einen ersten Schritt für eine breite Anwendung von antibakteriellen Plasmananofilmen auf Basis von AMPs. In diesem Verbundantrag wird ein spezielles Augenmerkt auf einen Bereich gelegt werden, welcher durch seine enorme Menge an Bakterien, seine bakterielle Diversität und seine sich ständig verändernde mikrobielle Zusammensetzung auffällt: die Mundhöhle. Eine erfolgreiche Evaluation dieser Beschichtungen bei widrigen Umgebungsbedingungen, wie sie zum Beispiel in der Mundhöhle vorgefunden werden, kann einen Meilenstein für die Human- und Zahnmedizin darstellen. Bereiche wie Implantologie, Chirurgie aber auch industrielle Anwendungen, wie beispielsweise Wasserversorgungen, werden von einem derartigen System enorm profitieren. Darüber hinaus wird ein individualisiertes Testsystem angewendet, welches eine präzise Analyse der erzeugten antibakteriellen Beschichtungen zulässt. Eine erfolgreiche Entwicklung und Charakterisierung der geplanten antibakteriellen Oberflächenbeschichtungen in Kombination mit einem leistungsstarken thermischen Sensorsystem wird einen Wendepunkt in der Wirksamkeit von oberflächengebundenen AMPs darstellen; sowie ein großer Schritt im globalen Kampf gegen die Antibiotikaresistenz sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Gerald A. Urban