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31.01.2017 14:12

31.01.2017 - Neuartige Nanogel-Beschichtungen für Implantate

Forscherteam stellt Ergebnisse in „Angewandte Chemie International Edition“ vor

Mit der schnellen Entwicklung einer Vielzahl von Implantaten steigt auch die Zahl der Infektionen durch bakterielle Biofilme. Nun hat ein DFG-ERS gefördertes Forschungskonsortium unter gleichgewichtiger Beteiligung der Gruppe von PD Dr. rer. nat. Sabine Neuss-Stein (IBMT-Biointerface und Pathologie), Univ.-Prof. Dr. rer. nat. Georg Conrads (Orale Mikrobiologie der ZPP) und Prof. Dr. rer. nat. Andrij Pich (DWI – Leibniz Institut für Interaktive Materialien) eine neuartige Nanogel-Beschichtung entwickelt, um Implantate gleichzeitig mit antimikrobiellen und einheilungsfördernden zelladhäsiven, zellwachstumsfördernden Eigenschaften auszustatten. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Angewandte Chemie International Edition publiziert.

Chirurgische und zahnärztliche Implantate sollen schnell einheilen und möglichst lange ihre Funktion ausüben. Sie gehen aber regelmäßig frühzeitig verloren durch Fehlbelastung oder aber bakterielle Infektionen und Entzündungen. Implantate bestehen zwar aus verschiedenen Werkstoffen (wie z.B. Kunststoff, Keramik, Titan), für den Kontakt mit dem Gewebe und/oder der keimhaltigen Umwelt sind aber die Grenzflächen entscheidend. In dem hier publizierten Projekt haben Chemiker, Biologen und (Zahn-)Ärzte aus unserer Uniklinik und dem Leibniz Institut zusammengewirkt, um eine Beschichtung zu entwickeln, die gleichzeitig unattraktiv für Bakterien und attraktiv für humane Zellen wie Fibroblasten oder Stammzellen ist. Dabei wurden Nanogele mit einer kontrollierten Menge oberflächengebundener antibakterieller Moleküle (Isoeugenol, vom Nelkenöl bekannt) synthetisiert. Der entscheidende Schritt der Nanogel-Synthese war die Entwicklung eines hydrophilen Makromonomers mit fest-gebundenen Isoeugenol-Molekülen ohne Wirkungsverlust. In einem zweiten Schritt wurden diese Makromonomere kontrolliert in ein wässriges und biokompatibles Nanogel eingebaut. Die neuartigen Nanogele zeigten eine bemerkenswerte antibakterielle Wirkung, unter anderem gegen Staphylococcus aureus. Sie unterstützen dabei gleichzeitig die Zelladhäsion und osteogene Differenzierung von Stammzellen. Des Weiteren konnten die Nanogele auch mit RGD-Peptiden (Integrin-bindenden Peptiden) funktionalisiert werden, die den Geweberegenerationsprozess durch das Vermitteln von Zelladhäsion und Knochenzelldifferenzierung beschleunigen.

Die entwickelte Technik könnte als flexibles Hilfsmittel eingesetzt werden, um biologische Oberflächen in verschiedenen medizinischen Anwendungen zu beschichten.


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Funktionelle wässrige Nanogele, die mit einer kontrollierten Menge oberflächengebundenen Isoeugenols funktionalisiert sind, wurden hier erstmals synthetisiert. Sie haben zwei Schlüsselfunktionen: antibakterielle Aktivität gegen Biofilmbildung sowie zelladhäsive und zellwachstumsfördernde Eigenschaften. Diese Nanogele sind mögliche Bausteine für bioaktive Beschichtungen von Implantaten in verschiedenen medizinischen Anwendungen.

 

Mitgewirkt haben: Michael Kather (DWI), Merle Skischus (Orale Mikrobiologie, ZPP), Pierre Kandt (Pathologie), Andrij Pich (DWI), Georg Conrads (Orale Mikrobiologie, ZPP) und Sabine Neuss-Stein (IBMT-Biointerface und Pathologie)

Ausgabe: Angew Chem Int Ed Engl. 2017 Jan 27. doi: 10.1002/anie.201609180 (die deutsche Version finden hier.)