Forschung von Natur inspiriert:

Zikade inspiriert internationales Forscherteam zu 3D-gedruckten PEKK-Implantaten, die bakterielle Infektionen ohne Antibiotika reduzieren

 19. Oktober 2017  Remziye Korner  

Die Nanostrukturen auf den Flügeln der Zikade inspirierten ein internationales Forscherteam aus den USA und China, deren Wirkung für infektionsresistente Implantate zu überprüfen. Mit Hilfe von 3D-Druck und dem Druckmaterial PEKK konnten die Forscher für die Medizin erstaunliche Ergebnisse erzielen.

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Inspiriert vom Zikadenflügel (Zikaden, auch Zirpen, sind an Pflanzen saugenden Insekten) entwickelt ein Team von Forschern der Northeastern University in Boston (MA) und der Wenzhou Medical University in China infektionsresistente 3D-gedruckte orthopädische Implantate mit PEKK-Kunststoff.

Werden orthopädische Implantate eingesetzt, besteht immer ein Risiko, dass sich eine Infektion entwickelt, verursacht durch das anorganische Gerät im Körper. Antibiotika sollen das Schlimmste verhindern und die Infektion bekämpfen, doch wirken diese immer weniger. Ist der entsprechend Körperteil angegriffen und das Implantat beschädigt, kommt es zu teuren Revisionsoperationen. Um das zu vermeiden, muss eine effektivere Lösung her.

PEKK Proben
Die PEKK Proben der Studie (Bild © Wang et al).

Eine gute Idee ist es, Antibiotika immer auf dem neuesten Stand zu halten, sodass sie auch Schritt halten mit den Bakterien. Noch besser ist es, die Gefahr einer Infektion gleich von Anfang an im Keim zu ersticken. Implantate mit antibakteriellen Eigenschaften sollen das Problem lösen.
Forscher nahmen sich die Zikade als Vorbild. Auf den Flügeln der Zikade befinden sich winzig kleine Strukturen im Nanobereich, die die Bakterien abstoßen. Die Forscher erkannten, dass sie diese Strukturen im 3D-Druck nachbilden können, um dieselbe antibakterielle Wirkung auf den Implantaten zu erzeugen.

Ein weiterer wichtiger Teil der Studie mit dem Titel Antibacterial properties of PEKK for orthopedic applications„, die erst kürzlich im International Journal of Medicine veröffentlicht wurde, war die Verwendung von PEKK (Polyether-Keton-Keton), einem thermoplastischen Kunststoff, der häufig bei orthopädischen Implantaten verwendet wird. Wie die Studie erklärt, wurde eine Oberfläche auf Polyether-Keton-Keton (PEKK) hergestellt, bestehend aus säulenförmigen Nanostrukturen mit zufälligem Abstand zwischen den einzelnen Säulen. Die 3D-gedruckten PEKK-Proben, die von Oxford Performance Materials unter Verwendung der OsteoFab-Technologie geliefert wurden, wurden im Labor mit einer Reihe von gebräuchlichen Bakterien getestet. Diese verglich man mit Proben, die aus PEEK hergestellt wurden.

Unterschied zwischen den Resistenzen der Bakterien auf PEKK-Implantaten (Bild © Wang et al.; This image is part of a work, published and licensed by Dove Medical Press Limited).

Nach nur wenigen Tagen zeigten die PEKK-Proben erstaunliche Ergebnisse. Zum Beispiel hatte eine PEKK-Probe nach fünf Tagen im Labor 37 Prozent weniger Staphylococcus epidermidis als ihr PEEK-Gegenstück. Darüber hinaus stellten die Forscher einen Rückgang der Pseudomonas aeruginosa-Anämie fest, die für Implantatinfektionen verantwortlich ist, um 28 Prozent nach nur einem Tag und nach fünf Tagen um 50 Prozent. Erstaunlicherweise wurden alle diese bakteriellen Reduktionen ohne Antibiotika erreicht.

„Diese Studie hat zum ersten Mal gezeigt, dass nanostrukturiertes PEKK für zahlreiche antiinfektiöse orthopädische Implantatanwendungen geeignet ist“, heißt es in der Zusammenfassung der Studie.

Die Ergebnisse haben außerdem demonstriert, dass die Anzahl der bakteriellen Infektionen durch orthopädische Implantate mit 3D-gedruckten Nanostrukturen und PEKK-Material reduziert werden kann. Die komplette Studie kann unter dem Link oben online nachgelesen werden. Auch bei Zahnfüllungen übrigens arbeiten Forscher daran, Bakterien mittels 3D-Druck zu bekämpfen, wie wir in einem Beitrag vor einem Jahr berichteten. Auf unserer Themenseite erhalten Sie auch über 30 weitere Beispiele für den Einsatz von 3D-Druck für Implantate. Alle Informationen erhalten Sie auch täglich aktuell und kostenlos im 3D-Druck-Newsletter von 3D-grenzenlos (hier anmelden).

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