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Biofilme in der Medizin

Materialien, die für medizinische Implantate, Instrumente und medizintechnische Devices verwendet werden, sind im Kontakt mit dem physiologischen Milieu häufig von Filmbildungen betroffen. Ehemals planktonische Bakterien adhärieren erst reversibel, dann irreversibel an Oberflächen solcher Biomaterialien und bilden eine selbst synthetisierte, wässrig-schleimige Matrix. Aktuelle Definitionen dieses Phänomens beschreiben Oberflächen, auf denen sich Bakterien anheften als inert oder lebend und die Lebensgemeinschaften im Film als strukturiert. Da Mikroorganismen in wässrigen Systemen auf nahezu alle Oberflächen adhärieren, ist diese sessile Lebensgemeinschaft ubiquitär und allgemein als Biofilm bekannt.

Biofilmbildung ist häufig mit Problemen wie Biofouling oder mikrobiell verursachter Korrosion assoziiert. In der Medizin verursachen Biofilme auf biotischen wie auch abiotischen Oberflächen schwerwiegende Probleme durch damit einhergehende Infektionskrankheiten und dadurch verursachte hohe Kosten. Ein bekanntes Beispiel ist die dentale Plaque, ein Biofilm in der Mundhöhle, der zu Karies und Parodontitis, auf Dentalimplantaten zu Periimplantitis führen kann. Als weitere Beispiele sind die Endokarditis zu nennen, die durch Biofilmbildungen auf natürlichen und künstlichen Herzklappen entstehen kann sowie Biofilme auf Kathetern im Blut- und Urinkontakt oder Biofilmbildungen auf orthopädischem Gelenksersatz. Wasserführende Systeme, wie z.B. dentale Einheiten, können ebenfalls durch Biofilme kontaminiert werden und Infektionsrisiken erhöhen.

In einer Kaskade von Reaktionen werden Oberflächen, die dem wässrigen biologischen oder physiologischen Milieu ausgesetzt werden durch initiale Wasser-, Ionen- und Makromolekül-Wechselwirkungen modifiziert. In vielen Fällen siedeln sich Bakterien daher auf Oberflächen von Biomaterialien an, die bereits durch organische, makromolekulare, meist proteinreiche Filme konditioniert sind (siehe Schemazeichnung).

biofilmbildung

Das Tübinger Zentrum für Biofilmforschung TZB (Center for Biofilm Research) fokussiert auf medizinische Biofilme mit einem Schwerpunkt auf Biofilmen, die sich auf Biomaterialien, Implantaten oder extrakorporalen Devices bilden. Das TZB hat eine offene Netzwerkstruktur um interdisziplinäre Kooperationen zwischen klinischen und nicht-klinischen Netzwerkpartnern aus Forschungseinrichtungen und Industrie zu erleichtern.