BOCHUM – Ob in der Wundbehandlung oder bei Implantaten – aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften kommt Silber bereits seit Längerem in der Medizin zum Einsatz. Wird es in Form von Nanopartikeln angewendet, verstärkt sich die keimtötende Wirkung des Edelmetalls sogar noch. Dies birgt allerdings auch Gefahren, so zum Beispiel eine potenziell zellschädigende Wirkung. Um die keimtötenden Eigenschaften des Nanosilbers weiter zu erforschen und für medizinische Implantatmaterialien sicher nutzbar zu machen, erhält eine Bochumer Forscherin nun eine Förderung von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) in Höhe von rund 237.000 Euro.

Dr. Christina Sengstock, Junior-Professorin für Experimentelle Regenerative Medizin und Nano-Biomaterialforschung am Berufsgenossenschaftlichen Universitätsklinikum Bergmannsheil in Bochum, sucht nach Wegen, wie man die keimtötende Wirkung des Silbers durch Kombination mit anderen Edelmetallen für die Entwicklung von antimikrobiellen Implantatmaterialien nutzen kann. Ihr neues Forschungsvorhaben zur „Biologischen Wirkung von bimetallischen Nanopartikeln auf Basis von Silber und Platinmetallen“ ist Teil eines DFG-Kooperationsprojektes, in dem die Bergmannsheil-Forscher mit Chemikern der Universität Duisburg-Essen und Physikern des Forschungszentrums Jülich eine Arbeitsgruppe bilden.

„Aufgrund zunehmender bakterieller Resistenzen gegen Antibiotika ist die Entwicklung zusätzlicher antibakteriell wirkender Materialien essentiell, um Infektionsgefahren abzuwehren“, sagt die Wissenschaftlerin. Implantat-assoziierte Infektionen stellen ein ernstes klinisches Problem dar. Spezielle neue Oberflächen und chemische Modifikationen von Implantatmaterialien können dabei helfen, das Anhaften von Keimen an Implantaten zu verhindern oder zu erschweren. Aus der Gruppe der Metalle ist Silber aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaften besonders gut geeignet. Die keimtötende Wirkung des Silbers hängt dabei mit der Menge der Ionen zusammen, die durch oxidative Prozesse freigesetzt werden.

„Wir haben kürzlich zeigen können, dass ein sogenanntes Opferanodenprinzip die Silberionenfreisetzung und damit die antibakterielle Wirkung effizient steigern kann“, so Sengstock. „Hierfür ist eine Kombination von Silber mit einem elektrochemisch edleren Metall, zum Beispiel Platin, in einem Elektrolyt-System – wie zum Beispiel Gewebsflüssigkeit oder Blut – nötig. Unter diesen Bedingungen löst sich vornehmlich das elektrochemisch unedlere Silber initial auf; es ‚opfert‘ sich für das edlere Platin“, erklärt die Wissenschaftlerin. Dieses Prinzip ist in technischen Anwendungen, wie zum Beispiel im Schiffbau, im Straßenfahrzeugbau oder in Heißwasser-Geräten weit verbreitet.

Für antibakterielle Strategien im medizinischen Bereich wird es bisher aber kaum genutzt. Jetzt wollen die Forscher dieses Prinzip in Nanopartikeln realisieren, um es in neuartigen Biomaterialien einzusetzen. Sie untersuchen dabei, welchen Einfluss die Zusammensetzung der Partikel und ihre Größe auf Bakterien und auf Zellen haben. Die zentrale Fragestellung lautet: Ist es möglich, eine selektive antibakterielle Wirkung des Silbers bei niedriger Zelltoxizität zu erreichen, also ohne die Zellen zu schädigen? Sengstock sieht in dem neuen Ansatz großes Potenzial: „Mit unseren Forschungen wollen wir in Zukunft antiinfektive Oberflächen für Implantate entwickeln und für die klinische Anwendung testen.“

ULM – Mit rund 3 Millionen Euro Anschubfinanzierung für die kommenden 6 Jahre unterstützt das Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst (MWK) des Landes Baden-Württemberg den Aufbau eines transdisziplinären Zentrums für Traumaforschung (ZTF) an der Universität Ulm. Im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Arbeit des ZTF stehen die komplexen Wechselwirkungen zwischen psychischen und physischen Traumata.

Bei der offiziellen Scheckübergabe Mitte Januar würdigte Landesforschungsministerin Theresia Bauer die Ulmer Traumaforschung als bemerkenswertes, weit über die Landesgrenzen hinaus sichtbares Alleinstellungsmerkmal. Grundlage hierfür sei die exzellente fachübergreifende Verbindung von Grundlagenforschung, klinischer Forschung und Patientenversorgung. „Wir werden Ihre Expertise dringend brauchen: in der Region, in Deutschland und in der Welt“, ermutigte die Wissenschaftsministerin bei der Übergabefeier die Traumaforscher und Gründer des ZTF. „Denn nicht zuletzt mit den Flüchtlingsströmen landen die Probleme der Welt bei uns vor der Haustür“, erklärte Bauer. So gehörten weltweit vor allem Krieg und Terror zu den häufigsten Traumaursachen. „Und wir haben hier die Pflicht, uns zu kümmern“, sagte die Ministerin. Die Traumaforschung sei hierfür ein wichtiger Beitrag.

Im Mittelpunkt der wissenschaftlichen Arbeit des Zentrums für Traumaforschung stehen die komplexen Wechselwirkungen zwischen psychischem und physischem Trauma. „Denn viele drängende Forschungsfragen an der Schnittstelle zwischen physischem und psychischem Trauma sind bis heute ungeklärt“, so Prof. Anita Ignatius, Leiterin des Instituts für Unfallchirurgische Forschung und Biomechanik an der Universität Ulm. Beispielsweise hätten physische Traumata oft auch psychische zur Folge, und umgekehrt könnten sich seelische Belastungen über das Immun- und das Hormonsystem auch auf den Krankheitsverlauf körperlicher Verletzungen auswirken. „Mit einem transdisziplinären Ansatz, wie wir ihn am Ulmer Zentrum für Traumaforschung verfolgen werden, sind wir national und international bestens aufgestellt, um solche hochkomplexen Probleme zu lösen“, versicherte Ignatius, geschäftsführende Sprecherin und Fachvertreterin für den Bereich „Physisches Trauma“ am ZTF.

Dass die Traumaforschung bereits seit der Gründung der Universität ein wichtiges Thema der Ulmer Universitätsmedizin ist, darauf wies der Dekan der Medizinischen Fakultät, Prof. Thomas Wirth, hin. In einem standortgeschichtlichen Abriss rekapitulierte er die markantesten Wegmarken des Forschungsbereichs am Standort Ulm – von der Unfallchirurgie, über die unfallchirurgische Forschung, die Einrichtung der Kinder- und Jugendpsychiatrie und der Anästhesiologischen Pathophysiologie bis hin zur Klinischen und Experimentellen Traumaimmunologie. „In der heutigen Traumaversorgung kommen weltweit Methoden und Instrumente zum Einsatz, die in Ulm entwickelt oder optimiert wurden. An keinem anderen Standort ist die Verbindung zwischen `bench´ und `bedside´ so eng wie in Ulm“, so Wirth und meint damit die enge Zusammenarbeit zwischen Grundlagenforschern und Klinikern.

Wie von der Ulmer Expertise die Patienten am Universitätsklinikum profitieren, illustrierte Prof. Florian Gebhard beim anschließenden Rundgang über den „Weg des Traumapatienten“ in der Chirurgischen Klinik. Der Ärztliche Direktor der Klinik für Unfall-, Hand-, Plastische und Wiederherstellungschirurgie führte die Ministerin samt Besuchertross vom Hubschrauberlandeplatz bis in die Notfallaufnahme. Im Schockraum zeigte er den Besuchern gleich zwei Ulmer Erfindungen: den Ulmer Notfallkoffer und die vierfarbige Notfalluhr.

Das Ende 2015 gegründete Zentrum für Traumaforschung (ZTF) gliedert sich in die Bereiche Physisches und Psychisches Trauma. Unter dem Dach der neuen Einrichtung finden sich zahlreiche Projekte und Mitglieder des „Zentrums für Muskuloskelettale Forschung Ulm“ (zmfu), das 2007 mit Unterstützung des Landes gegründet wurde, um die Ulmer Expertise in der Traumaforschung zu bündeln.

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Landeswissenschaftsministerin Theresia Bauer mit Universitätspräsident Prof. Michael Weber (links) und dem Dekan der medizinischen Fakultät Prof. Thomas Wirth (rechts). (Quelle: Elvira Eberhardt/Uni Ulm)

PFORZHEIM – „Wir verwenden unglaublich viel Energie, um unsere Fehler zu verstecken. Warum eigentlich?“, fragte sich Clemens Rieth. Der Industriedesigner entwickelte eine Unterschenkelprothese, deren Design Aufmerksamkeit erregt, kostengünstig herstellbar ist und dazu noch äußerst funktional. Die Abschlussarbeit wird auf der Werkschau der Fakultät für Gestaltung der Hochschule Pforzheim am 5. und 6. Februar 2016 vorgestellt.

„Selbstbewusstsein basiert nicht auf Perfektion, sondern gründet sich auf Akzeptanz“, erklärt der Absolvent der Hochschule Pforzheim. Warum werden Prothesen versteckt? Wieso ahmen sie den Körper nach und werden nicht öffentlich gezeigt? Bei herkömmlichen Prothesen bestehe „kein Gestaltungsspielraum“, so die Feststellung des 25-Jährigen nach einer intensiven Recherche zum Thema. Die Kosten für eine Beinprothese belaufen sich auf 2.000 bis 3.000 Euro – ohne Bänder oder Befestigungen. „Dieser Satz wird von den Krankenkassen übernommen, weitere Kosten nicht“, fand Rieth bei seinen Recherchen heraus. „Bei dem Entwurf, der mir vorschwebte, hätten sich die Herstellungskosten knapp verdoppelt“, bilanziert der Designer.

Deshalb suchte Rieth Unterstützung und vor allem Fachwissen im Bereich der Prothesentechnik. Zusammen mit Jannis Breuninger vom Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart ging er sowohl im Design als auch in der Technik der Prothese neue Wege. Die Außenhaut der Prothese wird aufgebrochen und in „Fraktale“ zerlegt und die Produktion erfolgt über einen 3-D-Drucker. Die Dynamik eines von Breuninger entwickelten Kohlefaser-Fußes wird so mit einem kostengünstigen Sinterteil kombiniert. „Die Herstellungskosten dieses Entwurfs liegen mit 500 Euro deutlich unter den Kosten für eine konventionelle Prothese“, so Rieth. „Und der Vorteil: Sie können das Design der Außenhaut verändern. Die Hülle ist anpassungsfähig, die Fraktale können getauscht und farblich gestaltet werden.“

„Mir kam es darauf an, dass der Entwurf nachher umsetzbar ist und getragen werden kann“, formulierte der Industriedesigner das Ziel seiner Abschlussarbeit. Zusammen mit dem Produktentwickler Breuninger gestaltete er daher eine komplette Prothese, die den Anwendungstest bereits bestanden hat. Die federartige Kohlefaser ermöglicht dynamisches Gehen. Durch den lasergesinterten Werkstoff und die 3-D-Technik sind der individuellen Gestaltung nur wenig Grenzen gesetzt. Nachdem Rieth die Prothese gestaltet hatte, wurde sie zunächst digital auf Herz und Nieren geprüft. Mit Computersimulationen wurden das Gehen und Laufen nachgestellt und die aufkommenden Kräfte berechnet. „Die Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut und die Nutzung der Forschungsergebnisse von Breuninger waren für mich äußerst wertvoll“, lobte Rieth seinen Partner, der derzeit eine Firma im Bereich der Prothesentechnik gründet.

„Meine Prothese soll Grenzenlosigkeit in der Gestaltung, Stärke, Stabilität und Selbstbewusstsein ausdrücken“, erklärte Clemens Rieth. Ein Ziel, das er nach Maßgabe seiner betreuenden Professoren eindeutig erreicht hat. Der Prototyp der Prothese sowie der Weg bis dahin werden am 5. und 6. Februar 2016 im Rahmen der Werkschau der Fakultät für Gestaltung zu sehen sein. Dort präsentieren die Studierenden aus sechs Bachelor- und zwei Masterstudiengängen die Ergebnisse ihrer Semester- und Abschlussarbeiten.

Bilder:
Links: Erprobte den Prototyp der Beinprothese – der unterschenkelamputierte Florian Dennerlein.
Rechts: Industriedesigner Clemens Rieth mit der von ihm entwickelten Beinprothese.
(Quelle: Hochschule Pforzheim)