Chirurgisches Netz: Erhitzte Nanopartikel aus Gold bekämpfen Bakterien auf Implantaten

chirurgisches netz nanopartikel icfo.euBarcelona: Forscher der ICFO haben mit dem Medizintechnikunternehmen B. Braun ein neues Verfahren entwickelt, das die Leistung von chirurgischen Netzen für Implantate deutlich verbessert. Damit wird laut den in „Nano Letters“ veröffentlichen Ergebnissen eine Verunreinigung mit Bakterien während des Eingriffes und die folgende Bildung eines infektiösen Biofilms auf dem Netz großteils behandelbar. Ein derartiger Biofilm verhindert wie ein Plastiküberzug, dass Wirkstoffe von Antibiotika die Bakterien auf dem Netz erreichen und zerstören.

Ziel: Leistenbruch-OPs verbessern

Seit 2012 sind die Arbeiten an dem neuen chirurgischen Netz im Gange. Es wurde gegenüber vorhergehenden Netzen chemisch dahingehend verändert, dass auf ihm Millionen von Nanopartikeln aus Gold aufgebracht wurden. Derartige Nanopartikel können in sehr lokalisierten Bereichen effektiv Licht in Wärme umwandeln. Dieses Verfahren wurde unter anderem bereits bei der Krebsbehandlung getestet. Ausgangspunkt für die Studie war, dass weltweit mehr als 20 Mio. Leistenbruch-OPs durchgeführt werden. Nicht nur die Kosten ließen sich mit dem neuen Netz senken, sondern auch Antibiotika obsolet werden.

Bei dem In-vitro (also im Glas) Experiment wurde das chirurgische Netz gleichmäßig mit Goldnanopartikeln überzogen. Die langfristige Stabilität dieser Partikel, ein nicht stattfindender Abbau des Materials und eine Nichtanbindung oder Freisetzung der Nanopartikel in die Umgebung, wurde umfassend getestet. Mittels eines Rasterelektronenmikroskops konnte eine gleichmäßige Verteilung der Partikel über das Netz festgestellt werden.

In der Folge wurde das modifizierte Netz 24 Stunden lang Staphylococcus-aureus-Bakterien ausgesetzt, bis die Bildung eines Biofilms auf der Oberfläche erkennbar wurde. Dann wurde das Netz 30 Sekunden lang kurzen intensiven Impulsen von nahem Infrarotlicht (800 nm) ausgesetzt, um sicherzustellen, dass ein thermisches Gleichgewicht erreicht war. Diese Behandlung wurde dann 20 Mal mit Ruheintervallen von vier Sekunden wiederholt.

Bakterien reagieren auf Antibiotika

Der Einsatz dieser Frequenz führte zu lokalisierten Plasmon-Resonanzen an der Oberfläche der Nanopartikel. Licht wurde dabei sehr effektiv in Wärme umgewandelt. Die Bakterien an der Oberfläche verbrannten dadurch. Mittels eines konfokalen Fluoreszenzmikroskops wurde überprüft, wieviele der Bakterien abgestorben und wieviele noch am Leben waren. Die überlebenden Bakterien des Biofilms verwandelten sich in planktonische Zellen. Sie erlangten ihre Empfindlichkeit auf die Behandlung mit Antibiotika wieder.

Die abgestorbenen Bakterien verloren bei der Erhöhung des verabreichten Lichts ihre Haftfähigkeit auf dem Netz und lösten sich. Es wurde auch bestätigt, dass der Einsatz von nahem Infrarotlicht höchstwahrscheinlich das umliegende gesunde Gewebe nicht schädigt. Abschließend wurde die Behandlung wiederholt und bestätigt, dass eine erneute Erhitzung die Wirksamkeit nicht beeinflusste. Laut Forschungsleiter Romain Quidant seien noch einige Hürden zu überwinden. Dieses neue Verfahren bedeute jedoch eine radikale Veränderung bei Operationen und für die Genesung der Patienten.

Übrigens: ICFO ist das Kürzel für „Institut de Ciències Fotòniques“. (Institut der Wissenschaften des Lichtes).

Chirurgische Netze: links eines mit überzogenen Nanopartikeln © Foto: icfo.eu

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