Antimikrobielle Biomaterialien

Ziele

• Erarbeiten eines wissenschaftlichen Verständnisses des Zusammenhangs zwischen Materialeigenschaften und der Anlagerung von Mikroben
• Etablierung von Testverfahren zum Nachweis antimikrobieller Effekte von Biomaterialien
• Initiieren von gemeinsamen Forschung- und Entwicklungsvorhaben
• Erfahrungsaustausch zwischen Arbeitsgruppen, die antimikrobielle Biomaterialien entwickeln und charakterisieren.

Antimikrobielle Biomaterialien

Biofilmbildung ist eine allgegenwärtige Escheinung, wie sie uns täglich in Küche und Bad begegnet. Durch Hygiene sind wir gewohnt, diese Erscheinung erfolgreich in Grenzen zu halten. Allerdings lehrt die Erfahrung, dass dies nicht immer gelingt und dass Biofilme eben nicht nur auf Lebensmittel sondern auf unterschiedlichsten Materialien auftreten. Dies ist ein ganz natürlicher Vorgang, da Bakterien, die sich einzeln (planktonisch) etwa im Wasser befinden, einen Biofilm benötigen, um sich zu vermehren. Bei dessen Bildung werden verschiedene Stadien unterschieden. Zunächst kommt es zu einer Anbindung der Bakterien an der Materialoberfläche, die aber reversibel ist. Im zweiten Stadium ist die Bindung irreversibel. Extrazelluläre Matrix wird gebildet, die Bakterien sind immobil, weitere Bakterien lagern sich an, sie vermehren sich, bis sich ein ausgereifter Biofilm bildet, von dem sich Bakterien ablösen und sich wiederum im planktonischen Zustand weiterverbreiten. Ein wesentliches Problem bei Implantatmaterialien besteht darin, dass Bakterien im Innern eines Biofilms kaum noch von Antibiotika erreicht werden können. Die Schlussfolgerung ergibt, dass möglichst die Bekämpfung des Biofilms in den ersten beiden Stadien erfolgt, also etwa die Materialeigenschaften die irreversible Bindung der Bakterien behindern. Nun ist zu berücksichtigen, dass - evolutionär bedingt - Bakterien Anpassungsstrategien haben oder entwickeln, um letztendlich an jedwede Materialoberfläche zu binden. Zum anderen ist bei Implantaten ein Anwachsen von Gewebe, gewissermaßen ein zellulärer Biofilm, erwünscht. Aus materialwissenschaftlicher Sicht besteht daher das Ziel die Bildung eines bakteriellen Biofilms möglichst so zu retardieren, dass die Gewebsbildung auf dem Implantat erfolgt und die köpereigenen Mechanismen die Bildung von Biofilmen verhindern. Dabei liegt in der reproduzierbaren quantitativen Prüfung der Wirksamkeit eine große Herausforderung.So hat der Arbeitskreis in einem Ringversuch mit identischen Proben und identischem Bakterienstamm gezeigt, dass bei unterschiedlichen Laboren trotz Einhaltung der Vorgaben der Prüfmethode nach ISO 22196 keine einheitlichen Ergebnisse erreicht wurden (C. Wiegand et. al: Critical physiological factors influencing the outcome of antimicrobial testing according to ISO 22196 / JIS Z 2801, PLOS ONE, doi: 10.1371/journal.pone.0194339. Schwerpunkt des Arbeitskreises ist daher der praxisorientierte Erfahrungsaustausch zur Charakterisierung und Bewertung der antimikrobiellen Eigenschaften von Biomaterialien. Dies umfasst insbesondere die Beurteilung der unterschiedlichsten Parameter bei der biologischen Testung, die Durchführung weiterer Ringversuche und Entwicklung standardisierter Prüfmethoden.