In einem schwedischen Labor verändern Goldpartikel, die feiner als ein Haar sind, den Kampf gegen postoperative Infektionen. Wie ein winziges intelligentes Heizsystem könnte eine von der Chalmers University of Technology entwickelte neue Technologie die derzeitige chirurgische Praxis revolutionieren. Die in der renommierten Fachzeitschrift Nano Letters veröffentlichten Ergebnisse stellen einen bedeutenden Meilenstein in der medizinischen Forschung dar.
Die Herausforderung postoperativer Infektionen
Während einer Operation zum Einsetzen einer Prothese wird der Körper vorübergehend anfällig für Infektionen. Einer von hundert Patienten entwickelt eine Infektion, die eine intensive Antibiotikabehandlung erfordert. Die Weltgesundheitsorganisation warnt vor den Risiken, die mit dem übermäßigen Einsatz von Antibiotika verbunden sind. Aktuelle Behandlungen, die oft langwierig und teuer sind, können sich über mehrere Monate erstrecken und die Lebensqualität der Patienten erheblich beeinträchtigen.
«Jedes Jahr beobachten wir Fälle von Infektionen, die die Genesung der Patienten erheblich erschweren.», erklärt Professor Martin Andersson. „ Unsere Methode bietet eine Alternative zu herkömmlichen Behandlungen. » Orthopäden verfolgen die Entwicklung der Technik aufmerksam und sehen darin ein großes Potenzial zur Reduzierung postoperativer Komplikationen.
Stellen Sie sich Millionen von Mikroskopen mit goldenem Strahler vor, die für das bloße Auge unsichtbar sind. Ähnlich wie Glühwürmchen, die auf Licht reagieren, werden die Nanostäbe erst durch die Einwirkung spezifischer Infrarotstrahlung aktiviert. Die Natur inspirierte die Forscher: So wie bestimmte Meeresorganismen Licht nutzen, um ihre Temperatur zu regulieren, wandeln Gold-Nanostäbe Lichtenergie kontrolliert in Wärme um.
Maja Uusitalo, Doktorandin, vergleicht ihre Aktion mit „Molekulare Minikocher» : « Bakterien werden durch ultralokale Hitze abgetötet, vergleichbar mit einem Tropfen heißem Wasser auf einer eisigen Oberfläche. » Die Nanostäbe bedecken nur 10 % der Oberfläche des Implantats und bewahren so die wesentlichen Eigenschaften des Materials, insbesondere seine Fähigkeit, mit dem Knochen zu verschmelzen.
Punktgenaue Präzision
Die Forscher ermittelten die ideale Größe der Goldpartikel: feiner als ein Haar geteilt durch tausend. Die mit Röntgenstrahlen gemessene Temperatur bleibt streng kontrolliert unter 120 Grad Celsius. Darüber hinaus würden die Nanostäbe ihre Form und optischen Eigenschaften verlieren. Das Team entwickelte strenge Protokolle, um eine gleichmäßige Partikelverteilung über die Implantatoberfläche sicherzustellen.
Ein orthopädischer Chirurg könnte die Behandlung direkt nach dem Nähen aktivieren, indem er einfach einige Minuten lang Infrarotlicht auf den operierten Bereich aufträgt. Das Verfahren würde sich perfekt in bestehende chirurgische Protokolle einfügen, ohne die Dauer des Eingriffs wesentlich zu verlängern. Labortests zeigen eine bemerkenswerte Wirksamkeit gegen verschiedene Bakterienstämme, auch gegen Antibiotika-resistente.
Das schwedische Team passt die Technik derzeit für verschiedene Arten von Implantaten an: Zahnprothesen, Herzklappen, Brustimplantate. Die ersten klinischen Studien sind für 2025 geplant. Forscher arbeiten eng mit Herstellern medizinischer Implantate zusammen, um die Großserienproduktion zu optimieren. Vorläufige Studien deuten darauf hin, dass die Methode das Risiko einer postoperativen Infektion um bis zu 90 % senken könnte.
Welche Einschätzung für welche Zukunft
Die vom schwedischen Team entwickelte Methode veranschaulicht die Fähigkeit von Wissenschaftlern, elegante Lösungen für medizinische Herausforderungen zu entwickeln. Zukünftige Anwendungen könnten über Implantate hinausgehen, insbesondere in Richtung der Behandlung oberflächlicher Infektionen. Forscher untersuchen auch die Möglichkeit, alternative Materialien zu Gold zu verwenden, um die Technologie zugänglicher zu machen.
Die internationale medizinische Gemeinschaft verfolgt mit Interesse die Entwicklungen dieser Technik, die die Prävention von postoperativen Infektionen radikal verändern könnten.
Bildunterschrift: Die Abbildung zeigt, wie sich Gold-Nanoroboter erwärmen, wenn sie mit Licht im nahen Infrarot beleuchtet werden. Bei Temperaturen über 120 Grad Celsius beginnen die Goldstäbe ihre Form zu verändern und ihre optischen Eigenschaften verändern sich.
Der Artikel mit dem Titel „Photothermische Eigenschaften feststoffgestützter Gold-Nanostäbe“ wurde in Nano Letters veröffentlicht. DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c03472 Die Forscher hinter dieser Studie arbeiten in der Abteilung für Angewandte Chemie, der Abteilung für Chemie und Chemieingenieurwesen und dem Chalmers Materials Analysis Laboratory an der University of Chalmers Technology.
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