Mit Femtosekundenlasern gegen Implantat-Infektionen
Im Rahmen der europäischen Hochschulallianz EU GREEN absolvierte unsere wissenschaftliche Mitarbeiterin Rebecca Höpfer einen vierwöchigen Forschungsaufenthalt an der Université d’Angers in Frankreich. Der intensive Austausch diente der Vertiefung der Kooperation im gemeinsamen Projekt FIBRAL (Femtosecond Laser-Structured Biocompatible Alloys). Zusammen mit Antony Ménard, Doktorand am dortigen Labor für Photonik (LphiA), arbeitete sie an vorderster Front der laserbasierten Oberflächenfunktionalisierung.
Das primäre Ziel der gemeinsamen Forschungsarbeit ist es, das Risiko von bakteriellen Infektionen bei orthopädischen Implantaten (wie Hüftprothesen) zu senken – und zwar rein physikalisch, ohne den Einsatz von Antibiotika. Durch den Einsatz von ultrakurzen Femtosekundenlaser-Pulsen werden auf innovativen metallischen Legierungen (wie Tantal-Niob-Titan-Verbindungen) periodische Oberflächenstrukturen (Laser-Induced Periodic Surface Structures) mit Dimensionen von unter 500 Nanometern erzeugt. Diese winzigen Nanostrukturen verändern die Oberflächentopographie so, dass die Anheftung und Koloniebildung von Bakterien passiv gehemmt wird. Die Bakterien finden schlicht keinen Halt mehr, um schädliche Biofilme zu bilden. Während des Aufenthalts von Rebecca in Frankreich lag der Fokus primär auf dem Strukturierungsprozess selbst sowie der zugrundeliegenden Lasertechnologie.
Die Université d’Angers und das angeschlossene photonische Labor (LphiA) boten mit ihrer hervorragenden Infrastruktur das ideale Umfeld für die experimentellen Arbeiten im ersten Teil des Austauschs. Abseits des Labors überzeugte die im Westen Frankreichs (Region Pays de la Loire) gelegene Stadt Angers auf ganzer Linie. Bekannt als historische Hauptstadt der Anjou-Region und für ihre hohe Lebensqualität, bot Angers eine inspirierende Kulisse. Neben der beeindruckenden mittelalterlichen Festung Château d'Angers und der lebendigen studentischen Atmosphäre der Stadt, boten sich während des Aufenthalts auch reichlich Gelegenheiten, die französische Kultur und Gastfreundschaft kennenzulernen.
Fast direkt im Anschluss lebte der Forschungsaustausch durch einen sechswöchigen Gegenbesuch von Antony Menard in Magdeburg weiter, um die in Angers hergestellten Laserstrukturen umfassend zu charakterisieren. Gemeinsam mit Rebecca führte er unter anderem REM Aufnahmen zur hohauflösenden Abbildung und konfokalmikroskopische Analysen zur dreidimensionalen Vermessung der Strukturen durch. Außerdem wurde die Benetzbarkeit der Oberflächen analysiert, um zu untersuchen, wie die Laserstrukturen das hydrophile bzw. hydrophobe Verhalten der Oberfläche verändern – ein entscheidender Faktor für die Wechselwirkung mit biologischen Zellen. Darüber hinaus erhielt Antony einen Einblick in den Ablauf von Bakterienversuchen. Diese mikrobiologischen Tests sind der Schlüssel, um den tatsächlichen antibakteriellen Effekt der verschiedenen Geometrien experimentell zu überprüfen und zu validieren.
Dieser beidseitige Austausch war ein voller Erfolg für das EU GREEN-Netzwerk. Durch die Kombination der photonischen Expertise aus Angers und den materialwissenschaftlich-biologischen Analysemethoden in Magdeburg konnten wichtige Meilensteine im Projekt FIBRAL erreicht werden. Wir freuen uns auf die Fortsetzung dieser deutsch-französischen Kooperation!
Text & Bilder: M.Sc. Rebecca Höpfer