Silberbeschichtungen in der Medizin : Glänzender Keimkiller

Als Schmuckstück gegossen glänzt Silber auf der Haut, in Form von Ionen wirkt es Bakterien entgegen. Die medizintechnische Forschung sucht nach Wegen, diese Eigenschaft für die Medizin nutzbar zu machen, etwa Oberflächen von Implantaten mit einer Silberschicht vor Bakterienbefall zu schützen. Ein Durchbruch steht möglicherweise bald bevor.

Einblick in den menschlichen Körper: man sieht wie ein Implantat mit silberner Beschichtung in den Knochen eingebaut ist.
Wenn sich Bakterien auf künstlichen Gelenken ansiedeln, können frühzeitige Lockerungen die Folge sein. Forscher arbeiten daran, Implantate mit einer keimtötenden Silberschicht zu überziehen.

Bereits Hippokrates wusste Silber als wirksames Mittel zur Wundheilung zu schätzen. Seit dem ersten Jahrhundert vor Christus wurden Silbersalze zur Desinfektion eingesetzt. Noch im ersten Weltkrieg – vor der Entdeckung der Antibiotika – versorgten Ärzte mit Silber die Verletzungen von Soldaten.

Heute findet sich Silber in Alltagsgegenständen wie in Lebensmitteln, Kosmetika oder Textilien. Die Minipartikel behindern das Keimwachstum und unterdrücken so beispielsweise in Deos oder Socken die Geruchsbildung. In der Medizintechnik steht der große Durchbruch von Silberbeschichtungen zum Beispiel bei Implantaten jedoch noch aus.

„Die Idee der Beschichtungen von Implantaten ist schon alt“, weiß Professor Dr. Andrej Trampuz, Facharzt für Infektiologie und Sektionsleiter der Septischen Chirurgie am Centrum für Muskuloskelatale Chirurgie (CMSC) der Berliner Charité. „Die Beschichtung mit Antibiotika, Antiseptika oder Silber sollen verhindern, dass Bakterien an den künstlichen, nicht durchbluteten Implantatmaterialien anhaften und einen hartnäckigen Biofilm bilden.“

Verschiedene Entwicklungen auf dem Markt weisen nun darauf hin, dass einige Silberbeschichtungen dies künftig schaffen könnten. So lässt sich beispielsweise das hohe Infektionsrisiko von Urin-Kathetern, die üblicherweise über mehrere Tage im Körper verbleiben, schon seit längerem deutlich mindern, wenn auf das künstliche Silikonkautschuk oder Latex eine Schicht Silber aufgetragen wird. Hier handelt es sich zwar noch nicht um eine klassische Silberbeschichtung. Das ionisierte Silber wird in das Kathetermaterial eingearbeitet und in Kristallgittern gebunden. Bei Kontakt des Katheters mit Blut, Körperflüssigkeiten oder Infusionslösungen werden die Silberionen nach Angaben des Hersteller aber sehr langsam und kontinuierlich freigegeben. So unterdrücken sie langfristig das mikrobielle Wachstum im Lumen des Katheters.

Bisher gibt es nur „versilberte“ Prothesen

Bei Implantaten für Tumorpatienten spielt Silber als antibakteriell wirksamer Oberflächenzusatz ebenfalls schon seit Jahren eine Rolle. „Auch hier handelt es sich nicht um eigene Silberbeschichtungen, sondern die bestehenden Prothesen werden nachträglich versilbert“, erklärt Trampuz. Ein Beispiel ist ein Diaphysenimplantat der Firma Implantcast. Es ersetzt Röhrenknochen am Oberschenkel oder dem Schienbein von Patienten mit einem Sarkom, also mit einem bösartigen Tumor, der vom Weichteilgewebe ausgeht. In Studien ließ sich durch die teilweise Versilberung des Prothesensystems die Infektionsrate an besonders riskanten Lokalisationen im Körper auf fünf Prozent senken.

Steht eigene Silberbeschichtung kurz bevor?

Große Fortschritte gibt es auch in der Orthopädie und Unfallchirurgie. Die Firma aap Implantate arbeitet derzeit an einer klassischen Silberbeschichtung für die Oberfläche von Schrauben und Platten. Auch hier ist das Ziel, die Implantate vor bakterieller Besiedlung zu schützen. Die neue, international patentgeschützte Silberbeschichtung namens Loqteq antibacterial ist für Platten derzeit die erste Silberbeschichtung ihrer Art, so der Medizintechnikhersteller mit Sitz in Berlin. Die in ihrer Form bisher einzigartige Technologie verfüge über eine hohe Beschichtungsstabilität, eine gute Biokompatibilität und Wirksamkeit. Einsatzbereiche könnten neben der Orthopädie verschiedene weitere Bereiche wie beispielsweise die Kardiologie, die Zahnmedizin oder bei medizinischen Instrumenten sein.

Herausforderung: die richtige Balance finden

„Bisher gibt es noch keine antibakterielle Beschichtung für Osteosyntheseplatten aus Silber“, sagt Thomas Paulin von aap Implantate. Mit Loqteq antibacterial sei nun die Herausforderung geglückt, eine Beschichtung mit genau der richtigen Menge an Silber zu entwickeln, das ausschließlich lokal wirke. „Die Beschichtung eines Trauma-Implantats beispielsweise nach einem offenen Unterschenkelbruch darf einerseits die Knochenheilung nicht beeinflussen, andererseits soll sie antibakteriell wirken“, weiß Paulin. „Wir haben das durch eine Silber-Dotierung der Titan-Oxidschicht erreicht, die genau die Balance zwischen einer hohen Biokompatibilität und der relevanten Reduktion der Bakterien herstellt.“

Biofilme dürfen erst gar nicht entstehen

Tatsächlich sind Infektionen durch Biofilme eines der größten Probleme der modernen Endoprothetik. Die Infektionsrate bei Gelenkprothesen liegt zwischen ein bis drei Prozent, bei Osteosynthesen, also der operativen Verbindung von gebrochenen Knochen oder Knochenfragmenten mittels Nagel, Platten oder Drähten, zwischen fünf und zehn Prozent. Spätere Infektionen dazugerechnet, steigt die Zahl an Infektionen geschätzt auf das Doppelte. Schon etwa 200 Keime reichen aus, um einen hartnäckigen Biofilm zu bilden.

Silber wirkt nachweislich antibakteriell. Es gibt keine nennenswerten Resistenzen dagegen. Und das Edelmetall verstärkt die Wirkung von Antibiotika. Medizinproduktehersteller träumten daher seit Jahren, zum Beispiel Implantate mit integriertem Silber zu versehen, um prinzipiell zu verhindern, dass überhaupt Biofilme und nachfolgende Infektionen und Entzündungen entstehen. Doch es gab bisher immer eine unüberbrückbare Hürde: Silber ist nämlich auch toxisch. „Die therapeutische Breite ist so extrem gering, dass es bisher noch keine Firma geschafft hat, eine Silberbeschichtung zu entwickeln, die mehr Nutzen als Schaden bringt“, sagt Trampuz.

Der Traum der wirksamen Silberbeschichtung hat bisher noch Risse

Spätestens vor fünf Jahren brachten dann drei aufeinander aufbauenden Veröffentlichungen von Forschern des Center Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) die ernüchternde Erkenntnis, dass die Wirkung von Silber auf Bakterien daher bisher wohl eher überschätzt und die auf Zellen eher unterschätzt wurde. Damals hatte das Team um Professor Dr. Stephan Barcikowski vom CENIDE nachgewiesen, dass Silber in der benötigten Dosis auch menschliche Gewebezellen schädigt. Die Arbeitsgruppe realisierte Testserien mit per Lasertechnik selbst hergestellten Silber-Nanopartikeln. Diese betteten sie fest in verschiedene Kunststoffe ein, so dass sie nicht in den Körper gelangten, sondern nur lösliche Silberionen abgaben. Die Forscher konnten die keimtötende Wirkung von Silber belegen.

Nachfolgende Untersuchungen zeigten jedoch: Silberionen in der gleichen Konzentration schädigen auch Fibroblasten –Bindegewebszellen, die nach einer Verletzung für die Heilung wichtig sind – nennenswert. „Das hatten wir so natürlich nicht erwartet, da Silber bereits vielfältig in der Medizin eingesetzt wird“, berichtet der Inhaber des Lehrstuhls „Technische Chemie I“ an der UDE“ Barcikowski. „Weitergehende Tests haben bewiesen, dass tatsächlich die Ionen die Zellen geschädigt haben und nicht etwa der Kunststoff, wie wir zunächst vermuteten.“ Eine massive Aufnahme von Silber nennen Experten Argyrie. Es kommt zu Vergiftungserscheinungen, die Haut und Schleimhäute verfärben sich grau-bläulich. Ebenso wirkt sich Silber in hohen Konzentrationen negativ auf das Fortpflanzungssystem und auf die embryonale Entwicklung aus.

Ob die neue Technologie für Osteosyntheseplatten erfolgversprechender ist und weniger Nebenwirkungen mit sich bringen wird, vermag Barcikowski aktuell nicht einzuschätzen. Der Hersteller hat die positiven Eigenschaften und mögliche Nebenwirkungen von Loqteq antibacterial aber bereits im Rahmen verschiedener Versuchsreihen belegt. Bisher ist die Technologie noch nicht auf dem Markt. Das Unternehmen rechnet mit einer Zulassung als Medizinprodukt Klasse III in zwei bis drei Jahren. Die Technologie ist dem Entwickler zufolge zudem so preiswert, dass sie als zusätzlicher Schutz zur Infektionsprophylaxe breit einsetzbar werden wird.

Erste große Studie startet demnächst

Das Interesse einiger namhafter Universitäten hierzulande und in den USA sei bereits sehr groß, so der Unternehmenssprecher auf dem diesjährigen Deutschen Kongress für Orthopädie und Unfallchirurgie (DKOU). In einem nächsten Schritt wird die Toxizität der Silberbeschichtung in einer ersten großen klinischen Multicenterstudie untersucht, an der auch Trampuz‘ Klinik teilnimmt.

„Sollte es die Firma aap Implantate mit der neuen Technologie tatsächlich geschafft haben, dass das Silber nur auf der Oberfläche verbleibt und die Toxizität so in Grenzen gehalten wird, wäre man einen großen Schritt weiter“, sagt Trampuz. „Schließlich ist die Biofilmbildung und der Reduktion von Infektionsrisiken beim Einsatz von Metallimplantaten eines der dringendsten, aber bisher noch nicht adäquat gelösten Probleme in allen chirurgischen Fächern.“ Mit ersten Ergebnissen rechnen die Experten in etwa zwei Jahren.

Mehr im Internet:

The Modular Universal Tumour And Revision System (MUTARS®) in endoprosthetic revision surgery

Reduction of periprosthetic infection with silver-coated megaprostheses in patients with bone sarcoma

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