Medizin: Gold und Infrarotlicht kann Gelenk-Implantate vor Infektionen schützen

Wenn Menschen Implantate wie etwa künstliche Hüft- oder Kniegelenke erhalten, besteht ein durchaus realistisches Risiko, dass die Operationsstelle sich entzündet. Eine neue Studie untersuchte nun eine innovative Möglichkeit, diesem Risiko Herr zu werden: Goldene Nanostäbchen sollen dabei helfen, den Bakterien zu Leibe zu rücken.

Bakterien bedrohen Implantate

Bakterielle Infektionen nach Gelenkersatz sind ein nicht zu unterschätzendes Problem. Sie können dazu führen, dass die Verbindung zwischen Knochen und Implantat geschwächt wird, was zu Folgeoperationen führen kann, die nötig sind, um ein Versagen des Implantats zu verhindern. Deshalb arbeiten weltweit verschiedene Teams daran, antiobiotische Beschichtungen für künstliche Gelenke zu entwickeln, die die Infektionen kurz nach der Operation verhindern sollen. Dies ist aber vor allem dann mit Problemen verbunden, wenn die Beschichtung ihren Wirkstoff unabhängig vom Zustand der Operationsstelle abgibt, da dies dazu führen kann, dass die umgebenden Bakterien eine Resistenz gegen den Wirkstoff aufbauen. Die entsprechende Beschichtung wird dadurch logischerweise weniger effektiv.

An dieser Stelle setzt eine neue Methode an, die von Forscher:innen der Chalmers University of Technology in Schweden entwickelt wurde. Dabei kommen goldene Nanostäbchen zum Einsatz, die auf die Oberfläche von Implantaten aufgebracht werden können und auch bereits auf Glasoberflächen getestet wurden. Diese Stäbchen haben einen relativ großen Abstand zueinander und bedecken effektiv etwa 11 Prozent des Materials, auf das sie aufgebracht wurden.

Infektionsprophylaxe durch Gold und Infrarot

Solange die Goldstäbchen nicht mit Infrarotlicht konfrontiert werden, bleiben sie in einem inaktiven Zustand. Bei einer entsprechenden Exposition kommt Bewegung in die Elektronen ihrer äußeren Schichten – eine Reaktion, die Hitze erzeugt und Bakterien und Mikroben auf der Oberfläche abtötet. Das Infrarotlicht kann von außen kommen und scheint durch die Haut und das darunter liegende Gewebe, sodass es dennoch auf die Oberfläche des Implantats trifft.

Dieser Hitzeeffekt tritt lokalisiert genug auf als dass er das umlegende Gewebe kaum beeinträchtigt. Allerdings kann es durchaus vorkommen, dass einige Zellen in direkter Umgebung der Stäbchen ebenfalls zerstört werden. Die Forscher:innen gehen allerdings davon aus, dass die beeinträchtigten beziehungsweise zerstörten Zellen relativ schnell vom Körper ersetzt werden können.

„The trick is to tailor the size of the rods. If you make them a little smaller or a little bigger, they absorb light of the wrong wavelengths. We want the light that is absorbed to penetrate skin and tissue well„, so Professor Martin Andersson, der die Studie leitete.

Ein weiterer steuernder Faktor ist die Intensität des Infrarotlichts, da diese mit der von den Stäbchen generierten Hitze korrespondiert. Sollte die Temperatur der Stäbchen 120 Grad Celsius überschreiten, werden sie permanent kugelförmig und hören auf, das Licht zu absorbieren.

Die Forscher:innen hoffen, die Technologie weiter entwickeln zu können, um in Zukunft Infektionen in den Wochen nach der Operation entgegenzuwirken. Dies wäre dann einfach durch wiederholtes Bestrahlen der Operationsstelle mit Infrarotlicht möglich.

via Chalmers University of Technology