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09.11.2018 | Oberflächentechnik | Nachricht | Onlineartikel

Silber reduziert Bakterienbesiedelung auf Implantaten

Autor:
Nadine Winkelmann

Implantate aus Magnesiumlegierungen können aufgrund intensiver Korrosion im Körper und Gewebe rasch abgebaut werden. Das macht sie für viele Anwendungen, bei denen temporäre Implantate gefragt sind interessant. Silber als Legierungselement reduziert dabei die Besiedelung durch Bakterien.

Magnesiumlegierungen sind aufgrund ihrer hervorragenden mechanischen Eigenschaften und der guten Biokompatibilität vielversprechende Materialien für die Anwendung in der Medizin. Ihre Degradation in physiologischer Umgebung ermöglicht die Entwicklung bioresorbierbarer Implantate. In Zusammenarbeit mit den Universitätskliniken in Hamburg, Hannover und Graz, dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik (iba) e.V. Heiligenstadt sowie weiteren Partnern hat das Helmholtz-Zentrum Geesthacht eine Forschungsinitiative zu Magnesium-Implantaten initiiert. Ein Schwerpunkt liegt dabei auf der antimikrobiellen Modifizierung des Magnesiums durch Silber. Das Silber soll die Besiedelung und Vitalität von Bakterien reduzieren und so die Infektionsgefahr senken. Allerdings erhöhe sich durch den Silberanteil auch die Korrosionsgeschwindigkeit von Magnesium. Durch Gadolinium als weiteres Legierungselement könne jedoch die Geschwindigkeit der Korrosion beeinflusst werden. Damit sei es möglich, die Korrosion und Bioresorption von Magnesium an die erforderliche Zeit der Implantatbeständigkeit anzupassen, ohne auf den infektionshemmenden Effekt von Silber verzichten zu müssen.

Bioreaktor simuliert reale Bedingungen

Im iba Heiligenstadt wurden die Korrosionsmechanismen mit Hilfe der Impedanzspektroskopie als elektrochemisches Messverfahren sowie die Biofilmbildung durch Staphylokokken als typische Keime auf Implantaten unter den Bedingungen der Magnesiumkorrosion untersucht. Ein Laborbioreaktor simulierte die Bedingungen, denen die Implantate im Körper ausgesetzt sind. Er ermöglicht die Steuerung der für die Korrosion wichtigen Parameter Temperatur, pH-Wert und Sauerstoffgehalt. Die Bildung eines Biofilmes unter dem Einfluss korrodierender Magnesiumimplantate wurde mit einem in vitro-Biofilmsimulationssystem getestet, das aus am Bioreaktor angekoppelten Fließkammern besteht und durch die eine Suspension aus Medium und Staphylokokken über die zu testenden Magnesium-Implantate geleitet wird.

Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, dass die Adhäsion von Staphylokokken und deren Vitalität mit steigendem Silbergehalt in den Magnesiumlegierungen signifikant sinkt. Je höher der Silbergehalt ist, umso schneller korrodieren auch die Magnesiumlegierungen. Impedanzspektroskopische Daten weisen darauf hin, dass dies die Folge einer verstärkten Lochfraßkorrosion bei Legierungen mit hohem Silbergehalt sei. Die Beimischung von Silber in Magnesiumimplantate könne somit zur Reduzierung der Biofilmbildung und damit zur Reduzierung von Infektionsrisiken durch Bakterienadhäsion an künstlichen Implantat-Oberflächen beitragen. Außerdem zeigte sich, dass die Kombination von Impedanzspektroskopie mit der biotechnologischen Kultivierung eine sichere und reproduzierbare Prüfung von Magnesiumlegierungen im Hinblick auf ihr Degradationsverhalten und potentielle antimikrobielle Effekte ermögliche.

Die Arbeiten wurden im Rahmen der Initiative "Virtual Institutes" der Helmholtz-Gesellschaft gefördert.

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Quelle:
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