Antibakterielle künstliche Gelenke 24.03.2015, 08:51 Uhr

Nanopartikel aus Silber verhindern schmerzhafte Entzündungen

Künstliche Gelenke erhalten zukünftig eine Oberfläche mit Nanopartikeln aus Silber. Sie wird während der Operation verhindern, dass sich gefährliche Keime ausbreiten. Das bedeutet für Patienten weniger Schmerz und weniger Revisionsoperationen. 

Die Nanopartikel aus Silber sollen Keime abtöten, die sich bei Operationen gelegentlich auf der Prothese ansammeln und später zu schmerzhaften Entzündungen führen. Einen Industriepartner für ihre Erfindung haben die Forscher bereits gefunden. 

Die Nanopartikel aus Silber sollen Keime abtöten, die sich bei Operationen gelegentlich auf der Prothese ansammeln und später zu schmerzhaften Entzündungen führen. Einen Industriepartner für ihre Erfindung haben die Forscher bereits gefunden. 

Foto: Felix Kästle/dpa

Wochenlang konnte der Patient nicht aufstehen. Sein künstliches Kniegelenk war entfernt worden, weil sich das umliegende Körpergewebe entzündet hatte. Eine neue Endoprothese konnte erst eingesetzt werden, nachdem die Entzündung abgeklungen war. Solche Szenarien sollen bald der Vergangenheit angehören: Materialforscher, Physiker und Mediziner haben eine Endoprothese entwickelt, deren Oberfläche selbsttätig Keime abtötet.

Nanopartikel aus Silber töten Keime ab

Das Geheimnis: Auf der Oberfläche der Prothese befindet sich eine modifizierte DLC-Schicht mit Nanopartikeln aus Silber. DLC steht für Diamond-like Carbon, übersetzt diamantähnlicher Kohlenstoff. Silberionen sind für Menschen ungefährlich, für Mikroorganismen dagegen meist tödlich. Sie kann also verhindern, dass sich während der Operation Keime auf der Prothese ausbreiten. Die antimikrobiell wirksamen Partikel werden per Ionenstrahlung auf bewährte Endoprothesen aufgetragen.

Die modifizierte DLC-Schicht hat eine weitere entscheidende Eigenschaft: Wenige Stunden nach der Hüft- oder Kniegelenksoperation verliert sie ihre antibakterielle Wirkung, die den Heilungsprozess beeinträchtigen würde. Die Größe der Silberpartikel wird so gewählt, dass sie sich innerhalb von wenigen Stunden verbrauchen.

Sogenannte Mikrofluidik-Chips bieten eine Alternative zu Tierversuchen: Mit ihnen lässt sich das Anwachsverhalten der Knochenzellen untersuchen. 

Sogenannte Mikrofluidik-Chips bieten eine Alternative zu Tierversuchen: Mit ihnen lässt sich das Anwachsverhalten der Knochenzellen untersuchen. 

Quelle: Universität Augsburg/EP I

„Wenn uns, wovon wir ausgehen, eine vollständige antimikrobielle Ausrüstung eines kompletten Implantats gelingen sollte, wird dies ein enormer, auf diesem Gebiet so noch nie dagewesener Fortschritt sein“, so Professor Bernd Stritzker vom Augsburger Anwenderzentrum Material- und Umweltforschung. Ein verbessertes Einheilverhalten und eine verminderte Infektionsrate seien entscheidende Faktoren, mit denen sich eine längere Funktionsdauer der Implantate erreichen und die Zahl der Revisionsoperationen reduzieren lasse.

Tierversuche sind überflüssig

Tierversuche sollen nicht notwendig sein, um die Langzeitwirkung der neuen Oberfläche zu erforschen. Das Team um Achim Wixforth, Professor am Augsburger Experimentalphysik-Lehrstuhl, hat ein sogenanntes Mikrofluidik-Chipsystem entwickelt, mit dem sich das Anwachsverhalten der Knochenzellen untersuchen lässt.

Als Industriepartner haben die Forscher aus Augsburg, München und Mannheim Aesculap gewonnen. Das Tuttlinger Unternehmen gehört zu den wichtigsten Herstellern von Hüft- und Kniegelenken. Es investiert jetzt 520.000 Euro, um das Verfahren zur Serienreife zu bringen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft steuert weitere 950.000 Euro bei.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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