Dank des medizinischen Fortschritts gibt eine Reihe von Implantaten, die Körperfunktionen unterstützen oder ersetzen, zum Beispiel Hüftprothesen oder künstliche Kniegelenke. Obwohl die Operation steril verläuft, können sich Bakterien auf der Implantatoberfläche ansiedeln und zu einer Infektion führen. Entzündetes Gewebe rund um das Implantat ist schmerzhaft und kann eine Blutvergiftung zur Folge haben. Im schlimmsten Fall muss das Implantat wieder entfernt werden. Im Projekt »Synthese, Struktur und biologische Effekte von ultrakleinen (1-2 nm) bimetallischen Silber-Platin-Nanopartikeln« untersuchen Forschende am ISAS Nanopartikel auf ihre antimikrobielle Aktivität: Wirken sie dem Wachstum von Bakterien auf der Oberfläche des Implantats entgegen oder töten diese ab? Und eigenen sich diese Nanopartikel somit als Beschichtung für Implantat-Oberflächen?
Mit Silber und Platin zu verbesserten Implantat-Beschichtungen
Silber hat antimikrobielle Eigenschaften; Platin hingegen ist für seine osteopromotiven Eigenschaften bekannt, es unterstützt das Knochenwachstum. Diese Charakteristika machen eine Kombination aus beiden Materialien für den klinischen Einsatz bei Knochenimplantaten besonders interessant. Für die Untersuchungen entwickelt das Projektteam, bestehend aus Wissenschaftler:innen am ISAS, der Universität Duisburg-Essen und dem Forschungszentrum Jülich, ein bis zwei Nanometer große Silber-Platin-Nanopartikel (Ag Pt-NPs). Durch diese geringe Größe wird das Oberflächen-Volumen-Verhältnis der Partikel maximiert und diese sind reaktiver als große Partikel. Damit wollen die Forschenden die antimikrobielle Wirksamkeit der Partikel fördern.
Auf der Suche nach dem optimalem Mischverhältnis
Der Einfluss von derart kleinen Nanopartikeln auf Zellen, die in etwa die Größe von Proteinen haben, ist bisher allerdings kaum verstanden. Insbesondere, wie die Zellen die Nanopartikel aufnehmen und deren zell- und mikrobiologischen Effekte sind derzeit weitgehend unbekannt. Derart kleine Nanopartikel lassen sich außerdem kaum mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren darstellen. Das Projektteam analysiert daher Anhäufungen von Ag Pt-NP, um den Einfluss der Ag Pt-NPs auf Bakterien und sogenannte mesenchymale Stammzellen, Zellen des Stütz- und Bindegewebes, zu analysieren. Dazu nutzen die Forscher:innen am ISAS u.a. Zellkultur-Assays und Konfokalmikroskopie sowie Durchflusszytometrie. Ziel ist es, ultrakleine reine und legierte NP herzustellen und im Detail zu untersuchen. Mithilfe dieser Daten können dann neue Transplantat-Legierungen hergestellt werden, die Knochen besser vor bakterieller Besiedelung und übermäßigem Knochenabbau schützen.