Erforschung räumlich getrennter "on demand" multifunktioneller Polymerkompartimente für Anwendungen im Bereich antibakterieller und einheilungsfördernder Implantatbeschichtungen (PolyAntiBak)

Medizintechnik

Schematische Darstellung des Einschließens und der Verdauung von Bakterien durch räumlich getrennte Polymersome
Abb. 1: Schematische Darstellung des Einschließens und der Verdauung von Bakterien durch räumlich getrennte Polymersome. (Quelle: Prof. Joachim Spatz)

Erforschung räumlich getrennter "on demand" multifunktioneller Polymerkompartimente für Anwendungen im Bereich antibakterieller und einheilungsfördernder Implantatbeschichtungen (PolyAntiBak)

Kompetenzen:

  • Medizintechnik

    Implantate

    Oberflächenfunktionalisierung

    Antimikrobielle Polymere

Koordinator:

  • Dr. Detlef Schumann

    Aesculap AG Tuttlingen

Projektlaufzeit:

01.01.2019 - 31.12.2021

Aufgaben im Projekt

Aesculap AG, Tuttlingen
Antibakterielle Medizinprodukte auf Basis von Polymersomen

DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien e.V., Aachen
Biomimetische Vesikel

Max-Planck-Institut für medizinische Forschung, Heidelberg
Polymersome als Anti-Bakterielle Käfige

Hochschule Reutlingen  
Beschichtung zur Immobilisierung von Polymerkompartimenten auf Oberflächen

Beschreibung

Schematische Darstellung des Einschließens und der Verdauung von Bakterien durch räumlich getrennte Polymersome
Abb. 1: Schematische Darstellung des Einschließens und der Verdauung von Bakterien durch räumlich getrennte Polymersome. (Quelle: Prof. Joachim Spatz)

Neue Polymere für Implantate mit antibakteriellen Eigenschaften

In Deutschland werden jährlich etwa 500.000 Hüft- und Knieprothesen implantiert. Dabei kommt es in einigen Fällen zu so genannten „implantatassoziierten“ Infektionen. Diese sind besonders gefährlich, wenn dabei multiresistente Keime der Auslöser sind. 

Ziel des Vorhabens ist es, einen Durchbruch bei der Bekämpfung antibiotikaresistenter Keime im Kontext mit derartigen Infektionen zu erreichen. Die hier verfolgte Idee setzt dabei auf eine neuartige Vorgehensweise, die sich bislang in keiner einschlägigen Fachliteratur findet. 

Im Vorhaben sollen dazu aus Polymeren aufgebaute Bläschen, so genannte Polymersome, entwickelt werden, die sich als Beschichtung auf der Oberfläche von Implantaten anbringen lassen. Die Polymersome sind zum einen antibakteriell wirksam und können zum anderen menschliche Körperzellen vor der Zerstörung durch die Bakterien schützen. Ihr besonderes Merkmal ist, dass sie Bakterien einschließen und diese in einem abgesonderten Raum isolieren und zerstören. Dies geschieht, ohne dabei das Gewebe in der Umgebung des Implantats in Mitleidenschaft zu ziehen. Die Polymersome agieren somit wie „künstliche weiße Blutkörperchen“ (Phagozyten)

Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Staphylococcus Biofilms
Abb. 2: Elektronenmikroskopische Aufnahme eines Staphylococcus Biofilms. (Quelle: Dr. Jörg Brünke)

Eine entscheidende Herausforderung für die Forscher ist es, die Polymer-Bläschen in ausreichend großer Zahl stabil auf der Oberfläche der Implantate anzubringen (zu „immobilisieren“), ohne dass die Bläschen dabei Schaden nehmen. Ziel ist es, Bläschen in mehreren Lagen übereinander zu erhalten, die dann länger als ein Jahr nach der Implantation aktiv sind. Sowohl die Herstellung der Polymersome als auch die Beschichtung der Implantate muss am Ende in größerem Maßstab funktionieren, um für die Medizintechnikindustrie interessant zu sein. 

Für dieses Projekt hat sich ein sehr interdisziplinäres Team zusammengefunden mit Fachwissen aus den Bereichen der Polymersynthese, der Zellbiologie, der Beschichtungstechnologien und der vorklinischen und klinischen Erprobung. Alle Partner haben langjährige Erfahrungen in der Überführung von Medizinprodukten aus der Forschung in die Anwendung, damit bei erfolgreichem Projektverlauf eines Tages Patienten von der neuen Technologie profitieren können

Projektpartner

Aesculap AG
FKZ:
13XP5073A

DWI - Leibniz-Institut für Interaktive Materialien e.V.
FKZ:
13XP5073B

Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V. (MPG) - Max-Planck-Institut für medizinische Forschung
FKZ: 13XP5073C

Hochschule Reutlingen
FKZ:
13XP5073D