Biomaterial-basierte Konzepte für die lokale und langfristige Verabreichung von Bakteriophagen zur Behandlung von Implantat-assoziierten Infektionen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Anja Lode; Privatdozent Dr. Markus Rupp
• Fachliche Zuordnung: Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Biomaterialien
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 536226074

Multiresistente Erreger stellen weltweit ein zunehmendes Problem dar. In der Orthopädie & Unfallchirurgie sind implantat-assoziierte Infektionen Komplikationen mit einer hohen Sterblichkeitsrate. Daher besteht ein dringender Bedarf zur Entwicklung neuer therapeutischer Konzepte. Bakteriophagen (Phagen) sind Viren, die ausschließlich Bakterien infizieren und abtöten; sie haben oft ein enges Wirtsspektrum und wirken sehr spezifisch. In den letzten Jahren wurden erste ermutigende Ergebnisse bei der Anwendung von Phagen in schwer zu behandelnden Fällen von implantat-assoziierten Infektionen beschrieben. Phagen gelten da-her als vielversprechende Ergänzung/Alternative, wenn die konventionelle Antibiotikatherapie unwirksam bleibt. Für die Entwicklung effizienter Behandlungsansätze müssen jedoch optimale Dosierungen und Applikationswege erforscht werden. Wie bei der Antibiotikatherapie besteht Konsens über die vorteilhafte lokale Anwendung von Phagen am Ort der Infektion während oder nach der chirurgischen Behandlung. Ziel des Projekts ist die Entwicklung biomaterialbasierter Verabreichungssysteme, die Phagen langanhaltend lokal freisetzen können, um implantat-assoziierte Infektionen zu behandeln bzw. vorzubeugen. Um eine schnelle Translation in die Klinik zu ermöglichen, konzentriert sich das Projekt auf klinisch etablierte, zugelassene Biomaterialien, die injizierbar sind: (1) Knochenzemente, die zur Fixierung von Endoprothesen, für das Totraummanagement sowie zur Defektrekonstruktion verwendet werden, und (2) Hydrogele als vielseitige Verabreichungssysteme, die direkt in infizierte Gelenke appliziert, als Beschichtung von Implantaten oder zur Behandlung offener und chronischer Wunden eingesetzt werden können. Es soll untersucht werden, ob diese Biomaterialien effizient mit Phagen beladen werden können und diese langanhaltend in aktiver Form wieder freisetzen. Geeignete Beladungsprotokolle sollen entwickelt werden. Mit dem Ziel, die Eignung der Materialien zur Phagenverabreichung zu verbessern und/oder das Freisetzungsprofil zu modulieren, werden zwei Strategien unter-sucht. Zum einen werden Komposite aus den injizierbaren Implantatmaterialien und Mikropartikeln aus mesoporösem bioaktivem Glas, die sich hervorragend für die Wirkstoffabgabe eignen, entwickelt. Solche injizierbaren Komposite könnten in Zukunft auch für die duale Verabreichung von Phagen und Antibiotika eingesetzt werden. Zum anderen werden Ansätze für eine kombinierte Applikation von Knochenzementen und Hydrogelen als Hybridmaterialien erforscht. Schließlich wird die Zytokompatibilität im Hinblick auf die Reaktion von gewebespezifischen Osteoblasten sowie von Immunzellen analysiert. Es wird geprüft, ob phagenbeladene Biomaterialien lagerfähig sind, so dass sie als gebrauchsfertiges Implantatmaterial verwendet werden können, was Reproduzierbarkeit, Sicherheit und Qualität verbessern würde. Am Ende des Projekts werden Kandidaten für die klinische Anwendung ermittelt sein.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen