Infektionen bei Knochenimplantaten reduzieren? Eine neuartige Oberflächenlösung könnte künftig dazu beitragen.
Postoperative Infektionen zählen weiterhin zu den größten Risiken in der orthopädischen und unfallchirurgischen Versorgung. Besonders bei offenen Frakturen, komplexen Mehrfachverletzungen oder stark kontaminierten Wunden kann eine bakterielle Besiedelung von Knochenimplantaten schwerwiegende Folgen haben – bis hin zu Implantatversagen oder Amputationen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM haben die neue Oberflächenlösung entwickelt, die genau an diesem Punkt ansetzt.
Im Fokus steht ein innovatives Beschichtungsverfahren für Titanimplantate, das es ermöglicht, Implantatoberflächen innerhalb kurzer Zeit mit antimikrobiellen Wirkstoffen zu beladen. Grundlage ist die sogenannte Micro-Arc-Oxidation, ein elektrochemisches Verfahren, bei dem sich auf der Implantatoberfläche in wenigen Minuten eine poröse Oxidschicht ausbildet. Diese mikroporöse Struktur kann gezielt Antibiotika aufnehmen und später kontrolliert an das umliegende Gewebe abgeben.
Flexible Wirkstoffbeladung gegen Infektionen
Der Vorteil dieses Ansatzes liegt nicht nur in der antibakteriellen Wirkung, sondern auch in seiner praktischen Umsetzbarkeit. Anders als bei vielen etablierten Beschichtungen ist keine aufwendige Vorbehandlung oder komplexe industrielle Prozesskette erforderlich. Die Beschichtung kann vergleichsweise schnell und mit überschaubarem technischem Aufwand erzeugt werden – ein Aspekt, der insbesondere in zeitkritischen oder ressourcenarmen Versorgungssituationen relevant ist.
Zusätzlich integrierten die Forschenden Silber in die Oxidschicht. Silberionen sind seit Langem für ihre antimikrobielle Wirkung bekannt und können das Wachstum eines breiten Spektrums von Bakterien hemmen. In Kombination mit lokal freigesetzten Antibiotika entsteht so ein mehrstufiger Schutzmechanismus, der das Risiko von Implantatinfektionen deutlich reduzieren soll. Erste Laboruntersuchungen zeigen, dass sich bakterielle Besiedelung auf den behandelten Oberflächen signifikant verringern lässt.
Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten
Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist seine Flexibilität. Die poröse Struktur kann je nach Bedarf mit unterschiedlichen Wirkstoffen beladen werden, wodurch sich das Konzept an verschiedene klinische Szenarien anpassen lässt. Denkbar sind Anwendungen sowohl in der elektiven Endoprothetik als auch in der Akutversorgung nach schweren Traumaereignissen.
Besondere Aufmerksamkeit erhält die Technologie vor dem Hintergrund aktueller internationaler Krisenszenarien. Entwickelt wurde der Ansatz unter anderem mit Blick auf die medizinische Versorgung von Kriegsverletzten, etwa in der Ukraine, wo eine hohe Zahl komplexer Knochenverletzungen mit erhöhtem Infektionsrisiko behandelt werden muss. Ziel ist es, Implantate möglichst frühzeitig mit einem wirksamen Infektionsschutz auszustatten und damit den Bedarf an systemischer Antibiotikagabe zu reduzieren.
Eindämmung multiresistenter Keime
Die Forschenden sehen in der neuen Oberflächenfunktionalisierung zudem einen möglichen Beitrag zur Eindämmung antibiotikaresistenter Keime. Durch die lokale Wirkstofffreisetzung direkt am Implantat könnten geringere Wirkstoffmengen ausreichen, während gleichzeitig hohe lokale Konzentrationen erzielt werden. Das könnte langfristig helfen, den selektiven Druck für Resistenzentwicklungen zu verringern.
Derzeit befindet sich die Technologie in der präklinischen Entwicklungsphase. Erste Prototypen und Modellimplantate wurden bereits auf der Medica vorgestellt. Perspektivisch sind weitere präklinische Untersuchungen und klinische Studien geplant, um Sicherheit, Wirksamkeit und Langzeitstabilität der Beschichtungen zu evaluieren.
