Titan-Spikes töten Superbakterien mit Medikamenten ab

Inspiriert durch die bakterienabtötenden Strukturen auf den Flügeln einiger Insekten haben Forscher eine medikamentenfreie Methode entwickelt, um arzneimittelresistente Mikroben abzutöten, die häufig im Krankenhaus erworbene Infektionen verursachen. Ihre Technik ist ein neuartiger und wirksamer Weg, das Problem antibiotikaresistenter Superbakterien anzugehen.

Eine Operation kann zu einer Infektion führen, und mit der Zunahme arzneimittelresistenter Mikroben wird die Bereitstellung einer wirksamen Behandlung immer schwieriger. Während Bakterien normalerweise die Hauptverursacher von Infektionen sind, erweisen sich auch arzneimittelresistente Arten von Candida, einer Pilzart, als problematisch. Sie können sich nicht nur effektiv auf implantierten Materialien ansiedeln und Biofilme bilden, was zu im Krankenhaus erworbenen Infektionen führt, sondern auch zu schlechten klinischen Ergebnissen.

Beim Einsetzen von Dingen wie Titanhüften oder Zahnprothesen verwenden Ärzte eine Reihe antimikrobieller Beschichtungen, Chemikalien und Antibiotika, um die Entstehung von Infektionen zu verhindern. Diese Maßnahmen sind jedoch nicht oder nur dann wirksam, wenn der betreffende Mikroorganismus eine Resistenz entwickelt hat.

Doch Forscher der RMIT University haben eine neuartige, drogenfreie Methode zur Abtötung von Superkeimen entwickelt, die von der antimikrobiellen Oberfläche auf den Flügeln einiger Insekten inspiriert ist. Insekten wie Libellen, Zikaden und Libellen haben winzige Säulen – Nanosäulen – auf der Oberfläche ihrer Flügel, die als „Mechano-Biozid“ wirken, indem sie Bakterienzellen physisch auseinanderziehen und abtöten.

„Es ist, als würde man einen Latexhandschuh dehnen“, sagte Elena Ivanova, korrespondierende Autorin der Studie. „Wenn es sich langsam ausdehnt, wird die schwächste Stelle im Latex dünner und reißt schließlich.“

Also machten sich die Forscher daran, ihr eigenes mechano-biozides Mittel zu entwickeln, indem sie eine Titanoberfläche entwickelten, die mit speziell gestalteten mikroskaligen Stacheln bedeckt war, die jeweils etwa die Größe einer Bakterienzelle hatten, und zwar mithilfe einer Technik namens Plasmaätzen.

Sie testeten die Wirksamkeit der Oberfläche bei der Abtötung multiresistenter Candida und stellten fest, dass etwa die Hälfte der Zellen kurz nach dem Kontakt mit den Spikes zerstört wurde. Bezeichnenderweise war die andere Hälfte – die Zellen, die nicht sofort zerstört wurden – so stark geschädigt, dass sie sich nicht mehr vermehren oder eine Infektion verursachen konnten.

„Die verletzten Candida-Zellen waren starkem Stoffwechselstress ausgesetzt und verhinderten so den Prozess, bei dem sie sich vermehren und einen tödlichen Pilzbiofilm bilden, selbst nach sieben Tagen“, sagte Denver Linklater, einer der Co-Autoren der Studie. „Sie konnten in einer stressfreien Umgebung nicht wiederbelebt werden und endeten schließlich in einem Prozess, der als Apoptose oder programmierter Zelltod bekannt ist.“

In einer früheren, in der Fachzeitschrift Materialia veröffentlichten Studie wurde bereits festgestellt, dass die mikropillierte Titanoberfläche gegen zwei häufige Krankheitserreger, Staphylococcus aureus („Golden Staph“) und Pseudomonas aeruginosa-Bakterien, wirksam ist.

„Die Tatsache, dass Zellen nach dem ersten Kontakt mit der Oberfläche abstarben – einige durch Aufbrechen und andere durch programmierten Zelltod kurz danach – deutet darauf hin, dass sich keine Resistenz gegen diese Oberflächen entwickeln wird“, sagte Ivanovna. „Dies ist ein bedeutendes Ergebnis und legt auch nahe, dass die Art und Weise, wie wir die Wirksamkeit antimikrobieller Oberflächen messen, möglicherweise überdacht werden muss.“

Die Forscher sagen, dass die relativ einfache Plasmaätztechnik, die sie zur Herstellung der Spitzen verwendeten, auf eine Vielzahl von Materialien und Anwendungen angewendet werden könnte.

„Diese neue Oberflächenmodifikationstechnik könnte potenzielle Anwendungen in medizinischen Geräten haben, könnte aber auch leicht für zahnmedizinische Anwendungen oder für andere Materialien wie Edelstahlbänke, die in der Lebensmittelzubereitung und in der Landwirtschaft verwendet werden, optimiert werden“, sagte Ivanovna.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Advanced Materials Interfaces veröffentlicht.

Quelle: RMIT University