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Neue Erkenntnisse in der Bakterienforschung zur Verbesserung von Implantaten

07.06.2010
Forscher der Swinburne University of Technology haben eine Entdeckung gemacht, die nachhaltig dazu beitragen könnte, die Erfolgsrate künstlicher Implantate zu erhöhen und das Risiko bakterieller Infektionen in Krankenhäusern zu verringern.

Die Forscher veröffentlichten in der Langmuir Zeitschrift, herausgegeben von der American Chemical Society, erstmals eine Theorie über das Haftungsverhalten von Bakterien auf Oberflächen. Bis dato waren Wissenschaftler der Meinung, dass Bakterien leichter auf rauen Oberflächen haften.

Diese Auffassung beruht auf der Theorie, dass mikroskopisch kleine Mulden vor Desinfektionsprozessen schützen. Einige Hersteller haben sogar nanoglatte Implantate produziert, um Bakterien keinen Schutz bei Sterilisationmaßnahmen zu gewähren. Mithilfe mikrobiologischer Analysetechniken und Untersuchungen mit nanoglattem Titan widerlegten die Swinburne Forscher, unter ihnen die Professorin Elena Ivanova, Mikrobiologin, und Professor Russell Crawford, Oberflächenchemiker, diese Theorie. Professor Crawford zufolge konnten die Forscher zeigen, dass glatte Oberflächen einige problematische Bakterien stärker anziehen. Das bedeutet, dass auf glatten Oberflächen höhere Bakterienkolonisationen vorliegen als auf rauen.

"Bakterien haften auf nanoglatten Oberflächen anders als auf rauen", sagt Professor Crawford. "Die Bakterien haften auf diesen Oberflächen, indem sie ein Sekret absondern, das Zucker und Proteine enthält und so können sie sich einfacher an der Oberfläche festhalten. Zum ersten Mal konnte nun gezeigt werden, dass die Produktion dieses 'klebrigen' Sekrets weitaus höher ist, wenn die Bakterien mit nanoglatten Flächen in Berührung kommen. Die Bakterienhaftung fällt so umso stärker aus."

Die Entdeckung wirkt sich bedeutend auf eines der schwierigsten Bereiche der modernen Medizin aus: die infektionsbedingte Abstoßung von Implantaten. Laut Professorin Ivanova treten bei bis zu 67 Prozent der verwendeten Implantate bakterielle Probleme auf. Trotz sorgfältiger Sterilisationsprozesse scheitern so viele medizinische Implantate, vorwiegend Hüft- und Knieimplantate, weil sich einige Bakterienarten als Biofilm an das Implantat heften und so Infektionen hervorrufen.

Die Swinburne Untersuchung zeigt, dass Krankenhäuser ihre Desinfektionstechniken überdenken müssen. Hersteller von Implantaten müssen womöglich neue Desinfektionsmittel entwickeln und ihre Produktionsmethoden überprüfen.

Die Arbeit der Wissenschaftler befindet sich noch in den Kinderschuhen. "Derzeit untersuchen wir intensiv, wodurch Biofilme entstehen und wie die unterschiedlichsten Oberflächen ihre Entstehung beeinflussen. Letztendlich hoffen wir, dass Unternehmen unsere Forschungsergebnisse berücksichtigen, um effektivere Desinfektionsprozesse und Oberflächenbeschichtungen zu entwickeln", sagt Crawford. Die Swinburne Forscher arbeiten mit Spezialisten der Monash University zusammen und verbinden so die Kenntnisse und Fähigkeiten von Wissenschaftlern zahlreicher Fachrichtungen, wie Mikrobiologie, Nanotechnologie, Ingenieurs- und Industriewissenschaften.

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Sabine Ranke-Heinemann | idw
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