Autonome Sensor-Aktor-Systeme

Bakterielle Biofilme sind komplexe Gemeinschaften von Bakterien, die sich auf künstlichen Oberflächen im Körper wie beispielsweise Implantatoberflächen auflagern können. Die in der Folge entstehenden Implantat-assoziierten Infektionen können in den verschiedenen medizinischen Disziplinen schwerwiegende Komplikationen auslösenden. Darum müssen neue Implantatoberflächen erforscht werden, die einer Biofilmbildung gezielt entgegenwirken.

In Teilprojekt B01 wird das Ziel verfolgt, intelligente Implantat-gebundene Sensor-Aktor-Systeme zu entwickeln, die die Besiedelung der Implantatoberfläche mit pathogenen Biofilmen erkennen und in der Folge selbstständig antimikrobielle Wirkstoffe freisetzen. Diese gezielte Freisetzung ausschließlich bei Vorliegen pathogener Biofilme weist neben einer effektiven Infektionsbekämpfung den Vorteil auf, dass Wirkstoffdepots länger zur Verfügung stehen und humane Zellen kaum beeinträchtigt werden. Für die Entwicklung der autonom reagierenden Systeme werden zunächst chemische Systeme erforscht, bei denen das Vorhandensein bestimmter Trigger eine Freisetzung von antibakteriellen Wirkstoffen aus einer Implantatbeschichtung veranlasst.

Darüber hinaus werden zelluläre Systeme sowie eine Kombination aus chemischen und zellulären Systemen erforscht, indem zelluläre Systeme Trigger zur gezielten Aktivierung der azellulären Wirkstoffdepots produzieren. Für die Entwicklung der Sensor-Aktor-Systeme werden umfassende experimentelle Modelle benötigt. In Teilprojekt B01 wurde das erste jemals in der Literatur beschriebene 3D-Modell (INTERbACT) entwickelt, das die Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Implantatoberflächen, bakteriellen Biofilmen und verschiedenen menschlichen Zellen bereits unter Laborbedingungen ermöglicht.

Die Erforschung und Entwicklung von Sensor-Aktor-Systemen in diesem Forschungsverbund wird zukünftig dazu beitragen, die Langzeitprognose und Sicherheit von medizinischen Implantaten nachhaltig zu verbessern.