Intelligente Drug-Delivery-Systeme zur Vermeidung Implantat-assoziierter Infektionen

Bei der Einbringung von Implantatmaterialien in den menschlichen Körper können bakteriell bedingte Entzündungsreaktionen auftreten, die zu Funktionsverlust des Implantats und einer notwendigen Revisionsoperation führen können. In dieser Arbeit wird die Entwicklung von Nanomaterialien beschrieben, welche einen Wirkstoff als direkte Konsequenz einer Inflammation bzw. Infektion freisetzen können, um dieser pathogenen Situation gezielt entgegen wirken zu können. Als Hauptziele wurden a) die Entwicklung von Enzym-labilen Polysaccharidnanopartikeln, b) die Implementierung als Beschichtungssystem auf Titanoberflächen und c) die Einkapselung und Freisetzung eines Modellwirkstoffs formuliert. a) Aus Chitosan/Tripolyphosphat- (CS/TPP) und Alginat/Peptid-Suspensionen konnten Enzym-labile Polysaccharidnanopartikel entwickelt werden, die durch verschiedene Methoden wie Dynamische Lichtstreuung (DLS), Nanoparticle Tracking Analysis (NTA) und Kryo-Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert wurden. Für die Komplexierung mit Alginat wurden ein kurzkettiges Homolysin und eine längerkettige Peptidsequenz, die durch die infektionsrelevante Protease Aggrecanase spaltbar ist, verwendet. Die Labilität der Partikelsuspensionen konnte mit infektionsrelevanten Enzymen per DLS gezeigt werden. Zusätzlich konnten keine zytotoxischen Effekte der Partikelsuspensionen durch CellTiterBlue- und Lactatdehydrogenase-Untersuchungen an humanen Gingiva-Fibroblasten nachgewiesen werden. b) Die Partikelsuspensionen wurden per Sprühbeschichtung auf Titansubstrate aufgebracht und per Ellipsometrie, Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Reflektions-Absorptions-Infrarot-Spektroskopie (RAIRS) charakterisiert. Die Labilität der Beschichtungen konnte durch Inkubationen in Enzymlösungen gezeigt werden. Zelladhäsionstests mit humanen Gingivafibroblasten wurden durchgeführt, um die Zellverträglichkeit der Beschichtungen zu evaluieren. c) Die Einlagerung von Modellwirkstoffen wie Interferon-ß (IFNß) und „enhanced fluorescent green protein“ (eGFP) konnte mit einer Effizienz von etwa 15-25 % durchgeführt werden. Die Freisetzung dieser Proteine konnte ausgehend von sprühbeschichteten Titansubstraten durch die Inkubation in wässrigen Medien erfolgreich nachgewiesen werden.