Subµ- bis Nanoskalige Strategien zur Kontrolle der initialen bakteriellen Besiedlung in der Mundhöhle und ex vivo - Effizienzen und Wirkungsweisen

• Antragsteller: Professor Dr. Gianaurelio Cuniberti; Professor Dr. Christian Hannig; Professor Dr. Matthias Hannig; Dr. Ralf Helbig
• Fachliche Zuordnung: Zahnheilkunde; Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie ; Biomaterialien ; Festkörper- und Oberflächenchemie, Materialsynthese
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533771434

Bakterielle Besiedlung von Oberflächen kann im klinischen Umfeld oder in der Lebensmitteltechnologie- und Trinkwasserversorgung gravierende Auswirkungen haben und zu gesundheitlichen und ökonomischen Problemen führen. So ist beispielsweise die Bildung von Biofilmen auf festen Oberflächen nach wie vor eine zentrale Herausforderung in der zahnmedizinischen Forschung, und Keimverschleppung ein ernstes Problem in Krankenhäusern. Je nach spezifischem Anwendungsbereich müssen unterschiedliche Strategien entwickelt werden, um bakterieller Kontamination entgegenzuwirken. Die Strategien müssen den stark variierenden Bedingungen, wie Art und Anwesenheit von Biomolekülen, der Ionenstärke und der Bakterienart, einschließlich unterschiedlicher Stoffwechselzustände, angepasst sein. Für den Umgang mit den anspruchsvollen Bedingungen der Mundhöhle konnte in einem vorangegangenen DFG-Projekt ein vielversprechender Ansatz gefunden werden. Dabei zeigten glatte chemische Texturen, dass die bakterielle Besiedlung in situ gehemmt werden konnte, was mit diversen strukturierten Oberflächen nicht gelang. Die Wirkungsweise ist immer noch unklar, aber es ergaben sich Hinweise auf eine Herabsetzung der natürlichen Festigkeit der Pellikel, was wiederum die Haftung von Bakterien schwächt. Die Mechanismen sollen im Rahmen des Projekts genauer charakterisiert werden, um die angestrebten Effekte zu optimieren. Dadurch wird die Grundlage für die Translation in die zahnmedizinisch-klinische Anwendung geschaffen. Außerdem sollen für ex vivo Ansätze synergetische Effekte von Oberflächenladungen und -strukturen umgesetzt werden, um entweder die bakterielle Besiedlung durch niedrige Adhäsionskräfte zu hemmen oder der Keimverschleppung durch kontaktinduzierte Zelllyse entgegenzuwirken. Es gibt umfassende Vorarbeiten, die zeigen, dass ladungsassoziierte, colloid-physikalische Ansätze, zumindest qualitativ, bakterielle Adhäsionsprozesse beschreiben. Abstoßende und anziehende elektrostatische Wechselwirkungen beeinflussen den initialen Kontakt unterschiedlich. Da auch für Strukturen unterhalb der bakteriellen Zellgröße, d.h. zwischen 50 und 500 nm, gezeigt werden konnte, dass die initiale Besiedlung beeinflusst wird, liegt es nahe, Struktur- und Ladungseffekte miteinander zu verbinden, um verstärkte Oberflächeneigenschaften zu erhalten. Bioadhäsionstests werden in situ, in der menschlichen Mundhöhle, aber auch ex vivo, in mikrofluidischen Kanälen, unter verschiedenen Strömungsbedingungen, mit unterschiedlichen Ionenstärken und mit Bakterien in verschiedenen Stoffwechselzuständen durchgeführt. Hinzu kommen verschiedenste oberflächenanalytische Methoden um die Wirkmechanismen zu verstehen und um damit eine Übersicht über Möglichkeiten und Grenzen verschiedener Strategien zur Unterdrückung der bakteriellen Kontamination und Verschleppung unter verschiedenen Umweltbedingungen herauszuarbeiten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen