Antiadhäsive und antibakterielle Beschichtungen für Kurzzeit-Titanimplantate – ImplanCoat

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Jonas; Professorin Dr. Ulrike Ritz
• Fachliche Zuordnung: Biomaterialien ; Orthopädie, Unfallchirurgie, rekonstruktive Chirurgie ; Polymermaterialien
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575060114

Frakturen stellen weltweit eine erhebliche gesundheitliche Belastung dar. Ihre chirurgische Versorgung erfolgt häufig mittels Titanimplantaten, die je nach Fraktur häufig nur temporär im Körper verbleiben. Während Titan aufgrund seiner Biokompatibilität und Festigkeit viele Vorteile hat, begünstigt es zugleich unerwünschte Gewebeanhaftung. Dies erschwert die spätere Entfernung und kann zu Sehenrupturen, Schmerzen, Bewegungseinschränkungen und weiteren Komplikationen führen. Zudem besteht wie bei allen operativen Eingriffen ein hohes Infektionsrisiko. Diese Problematik soll im Rahmen dieses Projektes gelöst werden. Daher ist das Ziel des Projekts die Entwicklung innovativer Beschichtungen für Kurzzeit- Titanimplantate, die sowohl antiadhäsive als auch antibakterielle Eigenschaften aufweisen. Hierzu werden Hydrogelschichten auf Acrylamidbasis entwickelt, die mithilfe von Benzophenon-Photoinitiatoren kovalent an die Titanoberfläche gebunden werden. Diese Hydrogele verhindern effektiv Zellanlagerung, ohne zytotoxisch zu wirken. Eine antibakterielle Wirkung wird durch kationische Quats (BPQAAm) oder das kovalent gebundene antimikrobielle Peptid SAAP-148 erreicht – ohne dabei Antibiotika freizusetzen. In Vorarbeiten wurden schon einige Hydrogele synthetisiert und in vitro getestet. Es konnte gezeigt werden, dass stabile Beschichtungen mit hoher Zellviabilität und starker antibakterieller Wirkung möglich sind. Eine robuste Anbindung an Titan wurde durch phosphonsäurehaltige Ankerpolymere erreicht. Weiterentwicklungen umfassen auch Poly(2-oxazolin)-basierte Systeme, die ebenfalls hervorragende Antihaft- und Antifouling-Eigenschaften besitzen. An diese Vorarbeiten schließt sich dieses auf drei Jahre angelegte Projekt an, das sich in sieben Arbeitspakete gliedert: Polymersynthese zur Herstellung und Optimierung kovalent vernetzbarer, antibakterieller Hydrogele. Einreichung und Genehmigung des Tierversuchs zur in-vivo-Testung. Beschichtungstechnologie zur Entwicklung von Verfahren zur gleichmäßigen Beschichtung komplexer 3D-Implantate. Anschließende Stabilitätstests zur Prüfung der Beschichtungen auf mechanische Belastbarkeit und Sterilisierbarkeit. Charakterisierung der Beschichtungen durch mikroskopische und chemische Analyse der Schichtdicke, Homogenität und Quellverhalten. In-vivo-Tests durch Implantation in Ratten zur Analyse der Gewebeadhäsion und antibakteriellen Wirkung in Muskel- und Knochengewebe. Im letzten Arbeitspaket erfolgt die Translation der Resultate und die Übertragung der Technologie auf klinisch relevante Implantate (z. B. Schrauben, Nägel) in Zusammenarbeit mit Industriepartnern. Abschließend soll ein funktionsfähiger Prototyp für den klinischen Einsatz entstehen, der die Risiken von Gewebeadhäsion und Infektionen reduziert und so die Patientenversorgung bei temporären Implantaten nachhaltig verbessert.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen