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Antibakterielle Ureterschienen

Verfahrensentwicklung antibakterieller Harnleiterschienen als Langzeitimplantat


Prof. Dr. Gerhard Franz
Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften und Mechatronik, 06


Pharmakologisch wirksame Beschichtungen
Im Labor für Oberflächenveredelung und Dünnschichttechnik werden Prozesse entwickelt, die Oberflächen durch Beschichten oder Strukturieren verändern. Im Rahmen zweier Promotionen und einer Kette von daraus resultierenden Abschlussarbeiten wurde ein Baukastensystem zum modularen Aufbau von Beschichtungen auf 3D-Substraten aus organischen Polymeren entwickelt, so daß der Fokus der Forschung nun auf pharmakologisch wirksamen Beschichtungen von Medizinprodukten liegt.


Diese Sandwichstrukturen bestehen aus Wirkstoffdepots, welche von einer retardierenden, gezielt porösen Schutzschicht aus Parylen eingeschlossen sind, einem von der FDA zugelassenen Polymer. Die Depotschicht besteht im Falle von Kathetern oder auch Hohlkugeln aus Silber, das antibakteriell wirkt, im Falle von Coronarstents aus Rapamycin, einem Wirkstoff der roten Eibenbeere, der eine erneute Gefäßverengung unterdrückt.


Antibakterielle Urinalkatheter
In beiden Fällen bestehen die Depots aus Inselstrukturen, zwischen denen die Schutzschicht direkt auf das Substrat aufwächst. Dadurch wird die Haftung des Gesamtsystems verbessert, aber selbst wenn einzelne Depots sich vom Substrat ablösen, bleibt das ein lokales Ereignis ohne gravierende Folgen für das Gesamtsystem.


Figure-Caption 1:
Die Innenbeschichtung eines Katheters erfolgt durch die Reaktion nach Tollens in einem randomisierten Zebrastreifen-Design. Ohne Silberfilm bleibt der Katheter transluzent.


Dabei ist die Wirkstoff-Abgabe durch die Variation der Dicke der Deckschicht individuell einstellbar. Beim Einsatz als antibakteriell wirkender Blasenkatheter ist so eine höhere Dosis gegen eine akute Blasenentzündung, eine niedrigere dagegen als Prophylaxe vorstellbar - bei verlängerter Implantationsdauer. Hier ist zusätzlich eine Außenbeschichtung erforderlich, um auch während der Implantation aseptische Bedingungen zu garantieren.


Figure-Caption 2:
Durch die Außenbeschichtung eines Katheters kann eine aseptische Implantation garantiert werden. Diese spriralförmige Struktur wird durch ein Sprühverfahren durch eine Schattenmaske realisiert.


Charakterisierung
Eine Vielzahl von Methoden ist zur Bewertung der Sandwichschicht erforderlich. Die Haftung des Sandwichfilms muß gesichert sein. Die Durchlässigkeit des Schutzfilms für Silberionen muß genau bekannt und als Funktion der Filmdicke einstellbar sein. Er muß über die Tiefe des Katheters in gleichbleibender Schichtdicke aufgebracht werden. Die Abgaberate muß absolut mit phys.-chemischen Methoden über die Einsatzdauer gemessen werden. Da es sich um Konzentrationen dicht an der Nachweisgrenze handelt, müssen fortgeschrittene Verfahren eingesetzt werden (können).


Entscheidend aber sind die mikrobiologischen Aussagen unterhalb der Toxizität, aber oberhalb der minimalen Konzentration, jenseits derer sich Bakterien entweder nicht mehr teilen oder absterben.


Von der Invention zur Innovation
Das System, dessen innovative Ideen patentrechtlich abgesichert sind, ist nun reif genug, um ein erstes Produkt zu realisieren. Zusammen mit unserem Kooperationspartners Urokink in Halberstadt hat die HM Finanzmittel vom BMWi erhalten, um aus dieser Invention ein innovatives Produkt zu gewinnen, nämlich in die Harnröhre zu implantierende Ballonkatheter mit garantierter Ausschaltung von Blasenentzündungen. Noch ambitionierter sind sog. Ureterschienen, die in die Harnleiter eingesetzt werden, da bei ihnen das Verhältnis Querschnitt zu Länge wesentlich ungünstiger ist. Wenn das gelänge, wären das aber Katheter, die mit großer Sicherheit eine Nierenentzündung verhindern würden. Während in Halberstadt der "Handshake" zum Produkt stattfinden wird, soll die Entwicklung der Ureterschienen parallel in unserem Forschungslabor stattfinden.


Organisatorisch ist das die ingesamt dritte Dissertation auf diesem Feld, aufgelegt zwischen der HM und der Urologie des Univ.-Klinikums Schleswig-Holstein zu Lübeck.


Das Forschungsprojekt wurde vom 01.07.2015 - 31.10.2018 durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) gefördert.


Projektpartner war:
Urokink Industries AG, Hannover/Halberstadt.


Prof. Dr. Gerhard Franz
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