Protein aus Muscheln schützt vor Infektionen

Von fest klebenden Muscheln übersäter Wellenbrecher (Foto: Christoph Schütz, pixabay.com)

Pohang (pte003/07.03.2024/06:10) - Infektionen an Implantaten wie künstlichen Hüften und Kniegelenken lassen sich künftig mit einem Protein verhindern, das Forscher der Pohang University of Science and Technology ( https://international.postech.ac.kr ) aus Muscheln extrahiert haben. Bakterielle Infektionen an Implantaten können zu Komplikationen wie einer Schwächung der Verbindung zwischen Implantat und Knochen führen. Wenn dies geschieht, sind oft weitere Operationen nötig, um das Implantat vor einem vorzeitigen Ausfall zu bewahren oder es durch ein neues zu ersetzen.

Beschichtung fördert Resistenzen

Es gibt zwar schon antibiotische Beschichtungen für Implantate, doch sie setzen kontinuierlich Substanzen frei, die Bakterien abtöten können, auch wenn gar keine da sind. Da das über einen längeren Zeitraum geschieht, haben eventuell doch auftretende Bakterien die Möglichkeit Resistenzen zu entwickeln, wodurch die Wirksamkeit von Antibiotika abnimmt, die gegen derartige Infektionen eingesetzt werden.

Auf der Suche nach einer selektiveren und länger wirkenden Alternative haben die Forscher die Proteine untersucht, die Muscheln verwenden, um sich an Felsen festzuhalten. Sie bestehen vor allem aus der Aminosäure DOPA, die wasserabwesend ist. Sie reicherten den Muschelkleber mit Gentamicin, einem häufig verwendeten Antibiotikum, und Eisenionen an. Damit beschichteten sie die Implantate. Das Arzneimittel und die Eisenionen bleiben in der Beschichtung gefangen, so lange keine Bakterien auftauchen.

Bakterien lösen ihren Tod selbst aus

Wenn aber Bakterien bis zur Beschichtung vordringen, steigt an dieser Stelle der pH-Wert an. Dadurch wird die Bindung zwischen DOPA und den Eisenionen geschwächt. In der Folge wird Gentamicin freigesetzt, das die angreifenden Bakterien umgehend tötet. Sie haben also keine Chance, sich an das Antibiotikum zu gewöhnen und eine Resistenz zu entwickeln.

In Tierversuchen hat die Beschichtung innerhalb von acht Stunden nach einer Infektion durch Staphylococcus aureus-Bakterien 70 Prozent ihrer antibiotischen Nutzlast freigesetzt und damit effektiv alle Mikroben eliminiert. Die Beschichtung haftete auch bei mechanischer Beanspruchung sicher auf den Titanimplantaten und blieb während der gesamten Knochenregenerationsphase wirksam, die etwa vier Wochen dauert. "Die sofortige und anhaltende antimikrobielle Wirkung des adhäsiven Implantatbeschichtungsmaterials hat das Potenzial, die Erfolgsrate von Implantatbehandlungen deutlich zu erhöhen", so Projektleiter Hyung Joon Cha.

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