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Implantate

Infektionen auf der Spur

| Autor/ Redakteur: Autoren | Reto Luginbühl, Hans Marcus Textor / Peter Reinhardt

Millionen Menschen profitieren heute von medizinischen Implantaten. Doch bei einem kleinen, aber nicht zu vernachlässigenden Anteil von Implantatträgern treten im Laufe der Zeit Probleme auf – trotz erfolgreicher Operation.

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Biofilm reduzierende Plattformen: aktive und passive Strategien im Überblick.
Biofilm reduzierende Plattformen: aktive und passive Strategien im Überblick.
(Bild: Reto Luginbühl)

Ausgelöst durch bakterielle Aktivitäten an den Grenzflächen zwischen Implantaten und Körper können Implantat-Assoziierte Infektionen (IAI) schwerwiegende Auswirkungen auf das Wohlbefinden der Patienten und die Funktionalität des Implantats haben. Sie verursachen zudem exorbitante Kosten für das Gesundheitswesen. Bei permanenten Implantaten wie Knie- oder Hüftgelenken sind IAI besonders kritisch. An den Grenzflächen haften sich Bakterien an, die sich rasch vermehren. Sie bilden einen so genannten Biofilm, der mit systemisch verabreichten Antibiotika nur sehr schwer bis gar nicht behandelt werden kann. Den Patienten bleibt oft nur eine Revision.

Trotz intensiver klinischer Forschung sind die Ursachen solcher Infektionen eigentlich unbekannt. Zum Verständnis: Implantate sind im Anlieferungszustand steril. Im Operationsraum gibt es jedoch keine absolute Sterilität. So kann es zu bakteriellen Kontaminationen während der Operation kommen – zum Beispiel durch Bakterien im Wundbereich, die während eines Eingriffs freigesetzt werden. IAI können aber ebenso erst Jahre nach einer erfolgreichen Operation auftreten. Die Ursache mag in hämatogenen Streuungen liegen oder in sogenannten schlafenden Bakterien, die während der Operation aufs Implantat gelangen.

Ursachen bakterieller Infektionen bekämpfen

Zur Verhinderung von Infektionen versuchen Material- und Oberflächenforscher seit Jahren, Medizinprodukte und Implantate mit Eigenschaften zu versehen, die das Infektionsrisiko eliminieren oder reduzieren. Einfache Maßnahmen wie optimierte Oberflächenrauigkeit oder Benetzbarkeit reduzieren zwar die Infektionsneigung in Einzelfällen, sind jedoch nicht allgemein verlässlich. Im Fokus stehen heute zwei Strategien: die Reduktion der Bakterienadhäsion durch chemische Oberflächenveränderungen und die Integration von antimikrobiell aktiven Substanzen.

Die gezielte Veränderung der Oberflächenbeschaffenheit strebt an, Anzahl und Stärke der Bakterienanhaftungen zu reduzieren. Das soll die Bildung eines Biofilms erschweren und das Risiko von Infektionen reduzieren. Ein solcher Effekt lässt sich durch nur wenige Nanometer dicke Beschichtungen erreichen. Eine Bakterienresistenz ist hier wenig wahrscheinlich. Nachteilig ist jedoch das beschränkte Einsatzgebiet, da solche Anti-adhäsiv-Beschichtungen auch die Adhäsion von Gewebezellen unterbinden. Damit kann diese Strategie nur angewandt werden, wo Gewebeadhäsion nicht notwendig oder sogar unerwünscht ist.

Bei der Integration von antimikrobiellen Release-Systemen kommen Materialien und Beschichtungen zum Einsatz, die antimikrobielle/biozide Produkte enthalten und diese über einen gewissen Zeitraum möglichst kontrolliert abgeben. Bevorzugt ist die Kombination von Trägersystem mit bereits zugelassenen pharmazeutischen Substanzen wie Antibiotika sowie anorganischen Systemen wie Silber oder Kupfer. Die Anforderungen an das Design und die Umsetzung für derartige Produkte sind beträchtlich. Es geht dabei sowohl um die Kenntnis und Einstellung der optimalen Freisetzungsgeschwindigkeit als auch um die Freisetzungsmengen über einen bestimmten Zeitraum. Zudem ist sicherzustellen, dass die Implantatintegration im Gewebe nicht negativ durch die antimikrobielle Funktion beeinflusst wird.

Hürden auf dem Weg zu neuen Produkten

Trotz intensiver akademischer Forschung sind bis heute nur ganz wenige entsprechende Implantate auf dem Markt. Das liegt an den vielen Hürden, welche solche neuartigen und innovativen Entwicklungen in der (prä-)klinischen Erprobung und im Rahmen der Registrierung zu überwinden haben. Eine der seltenen Ausnahmen bildet der durch De Puy Synthes vermarktete Tibianagel Protect. Er besitzt eine mit Antibiotika beladene Polymerbeschichtung, die Gentamicin in die Umgebung des Implantats abgibt und dadurch die bakterielle Besiedelung der Implantat-oberfläche bei Patienten mit erhöhten Risiken verhindert.

Ein weiterer Grund für diese unbefriedigende Bilanz ist die Komplexität der Forschungsarbeiten. Die meisten Publikationen zu neuen antimikrobiellen Plattformen decken nur einzelne Teile der gesamten Entwicklungskette ab. Eine Verknüpfung zu einer Gesamtheit und die Beurteilung der klinischen Erfolgschancen sind meist nicht möglich, da jede Forschungsgruppe eigene Ansätze verfolgt und keine Forschungsgelder für solch komplexe Forschungsprojekte vergeben werden. Das treibt die Entwicklungskosten in die Höhe und birgt hohe Risiken – vor allem für Nischenprodukte. Im Rahmen des Zulassungsverfahrens muss, abgesehen von den üblichen Tests, zusätzlich der Beweis einer signifikanten Effizienz bezüglich einer Reduktion der Infektionshäufigkeit erbracht werden.

Durch den relativ kleinen Anteil an Patienten – in der Schweiz nur 1.000 Fälle pro Jahr für alle orthopädischen Anwendungen – kann dieser Beweis kaum erbracht werden. Zudem ist er mit prohibitiv hohen Kosten für die Hersteller verbunden. Immerhin sind die Zulassungsbehörden inzwischen bereit, über regulatorische Maßnahmen zu sprechen, die das „lost in translation“-Syndrom überwinden könnten. Dazu gehört auch, die Erprobung neuer Konzepte lediglich auf Grund von positiven In-vitro-Tests und Tierversuchen zuzulassen.

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