Infektionen im Zusammenhang mit Medizinprodukten wie Kathetern, Zahnimplantaten, Orthopädieprodukten und Wundverbänden könnten laut neuen Forschungsergebnissen mit einer einfachen Technik drastisch reduziert werden.
Wissenschaftler der Aston University haben einen Weg gefunden, die antimikrobiellen Eigenschaften eines Materials, das in vielen medizinischen Geräten und klinischen Oberflächen verwendet wird, deutlich zu verbessern: bioaktives Glas.
Das Team der Aston University hatte bereits bakterientötendes bioaktives Glas entwickelt, das mit einem einzigen Metalloxid von entweder Zink, Kobalt oder Kupfer versetzt war. Ihre neueste Forschung kombinierte Paare von Metalloxiden im Material – und fand heraus, dass einige Kombinationen Bakterien mehr als 100-mal besser abtöten als die Verwendung einzelner Oxide allein.
Bioaktives Glas wird aus hochreinen Chemikalien hergestellt, die dazu bestimmt sind, eine spezifische biologische Aktivität zu induzieren, aber die Art, die derzeit klinisch verwendet wird – oft als Knochenfüller – enthält keine antimikrobiellen Substanzen. Die Forschung der Aston University zeigte, dass Kombinationen von Metalloxiden die antimikrobiellen Eigenschaften von bioaktivem Glas verbessern können, und die Forscher glauben, dass dieser Ansatz auf andere Materialien für den klinischen Einsatz angewendet werden könnte.
Viele Bakterien, die Infektionen verursachen – wie Escherichia coli und Staphylococcus aureus – werden zunehmend resistent gegen Antibiotika, sodass neue Wege zur Vorbeugung von Infektionen dringend benötigt werden.
Professor Richard Martin, der die Forschung an der Engineering for Health Research Group der Aston University leitete, sagte, dass „Antibiotika seit den 1950er Jahren in Kombination verwendet werden, da zwei antimikrobielle Mittel das Wirkungsspektrum erweitern können, indem sie gleichzeitig auf verschiedene bakterielle Ziele abzielen Unsere Forschung zeigt erstmals, dass dieser Kombinationsansatz auch mit Materialien funktionieren kann.“
Professor Martin und seine Kollegen Dr. Tony Worthington und Farah Raja stellten bioaktives Glas her, das mit geringen Mengen an Kobalt, Kupfer oder Zink und Kombinationen aus zwei der drei Oxide versetzt war. Sie zermahlen diese dann zu einem Pulver, das sie sterilisieren, bevor sie es Kolonien von E. coli, S. aureus und einem Pilz, Candida abicans, zufügen. Sie verglichen die Wirkung von Standardglas und Glas entweder mit einzelnen Metalloxiden oder den Kombinationen und maßen die Abtötungsraten von Bakterien und Pilzen über 24 Stunden.
Das gesamte mit Metalloxid überzogene Glas – sowohl einzeln als auch kombiniert – zeigte eine bessere Leistung als das Glas allein. Kupfer in Kombination mit entweder Kobalt oder Zink hatte die stärkste Wirkung auf die Bakterien, gefolgt von einer Kombination aus Kobalt und Zink. Beide Kupferkombinationen waren bei der Abtötung von E. coli mehr als hundertmal besser als einzelne Oxide, während Kupfer und Zink ähnlich wirksam gegen S. aureus waren. Die Kombination aus Kobalt und Zink hatte die stärkste Wirkung auf den Pilz.
Professor Martin sagte: „Es war aufregend, unsere Experimente durchzuführen und etwas zu finden, das Infektionen deutlich besser stoppen und möglicherweise die Anzahl der verschriebenen Antibiotikabehandlungen reduzieren könnte. Wir glauben, dass die Kombination von antimikrobiellen Metalloxiden ein erhebliches Potenzial für zahlreiche Anwendungen hat einschließlich Implantatmaterialien, Krankenhausoberflächen und Wundheilungsauflagen.“
Dr. Worthington fügte hinzu, dass sie „gezeigt haben, dass die gemeinsame Dotierung von Oberflächen mit diesen kombinierten antimikrobiellen Metallen, einschließlich Kupfer, Zink und Kobalt, die bakterielle Anhaftung und Besiedelung von Oberflächen oder Geräten, die in der klinischen Praxis verwendet werden, verringern könnte Angesichts der Tatsache, dass die Entdeckung neuer Antibiotika derzeit begrenzt ist, ist der Weg in die Zukunft begrenzt. Wir möchten die Hersteller dringend bitten, zu untersuchen, ob unser neuer Ansatz für ihre biomedizinischen Materialien verwendet werden könnte.“
Farah NS Raja et al., Synergistische antimikrobielle Metalloxid-dotierte Phosphatgläser; eine potenzielle Strategie zur Verringerung der Antibiotikaresistenz und Wirtszelltoxizität, ACS Biomaterials Science & Engineering (2022). DOI: 10.1021/acsbiomaterials.1c00876