Elektrochemisch generierte nanoporöse Beschichtungen zur kontrollierten Medikamenten-Freisetzung

Abstract

Dentale Implantate sind eine gängige Methode zur Behandlung von Zahnverlusten. Allein in Deutschland werden jährlich über 1.3 Millionen Implantate eingesetzt. Das Auftreten implantatassoziierter Infektionen, die noch Jahre nach der erfolgreichen Implantation zum Implantatverlust führen können, stellt die Zahnmedizin jedoch weiterhin vor eine große Herausforderung. Diese Infektionen sind auf bakterielle Biofilme aus pathogenen, Säure produzierenden Bakterien zurückzuführen. Da die Behandlung bakterieller Biofilme durch Antibiotika aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit erschwert ist, sollte bereits in einem frühen Stadium die Ausbildung des Biofilms unterbunden werden, um schweren Infektionen vorzubeugen. Dies ist auch eine Herausforderung an die Materialchemie. So können beispielsweise intelligente Medikamentenfreisetzungssysteme auf der Implantatoberfläche integriert werden, um nach der Implantation als Reaktion auf einen äußeren Reiz hin einen Wirkstoff freizugeben, der die Bakterien eliminieren soll, bevor sie einen Biofilm ausbilden. Die vorliegende Dissertation behandelt die Synthese nanopröser Titandioxidbeschichtungen auf elektrochemischem Wege sowie deren Charakterisierung. Aus den porösen Strukturen sollen durch eine anschließende Oberflächenmodifikation und Einlagerung des Wirkstoffes Chlorhexidin Stimulus-responsive Medikamentenfreisetzungssysteme generiert werden, die letztlich die Ausbildung bakterieller Biofilme auf der Substratoberfläche verhindern. Durch kathodische Elektrodeposition konnten nanoporöse Titandioxidbeschichtungen synthetisiert werden, die anschließend durch postsynthetische Oberflächenmodifkationen mit unterschiedlichen funktionellen Gruppen ausgestattet wurden. Dadurch ergab sich eine Variation der freigesetzten Wirkstoffmengen. Mithilfe eines eigens synthetisierten Linkermoleküls war es möglich eine Polymerschicht photochemisch anzubinden, durch die sich das Freisetzungsverhalten stark veränderte. Die kovalente Anbindung des Polymers war ein entscheidender Fortschritt für die Entwicklung des Stimulus-responsiven Freisetzungssystems, was sich bei den mit Methylenblau als Modellsubstanz durchgeführten Freisetzungsstudien bestätigte, da bei geringen pH-Werten mehr Farbstoff freigesetzt wurde als in Lösungen mit neutralem pH-Wert. Erste in vitro-Untersuchungen zeigten, dass die Kombination der eingebrachten Amino- bzw. Sulfonsäuregruppen mit dem Wirkstoff Chlorhexidin zu einer Verstärkung der antibakteriellen Wirkung führt und die Ausbildung eines dichten Biofilms verhindert wird. Die Synthesevariante des anodischen Eloxierens führte ebenfalls zu nanoporösen Titandioxidbeschichtungen, die anschließend ebenfalls modifiziert werden konnten. Auch hier konnte durch die Einführung von Amino- und Sulfonsäuregruppen die freigesetzte Chlorhexidinmenge beeinflusst werden. Die Polymeranbindung konnte mit diesen Substraten ebenfalls erfolgreich durchgeführt werden. Bei den in vitro-Zytokompatibilitätstests zeigten alle untersuchten Substrate beider Beschichtungen hohe Zellvitalitäten. Das weist auf eine moderate Biokompatibilität hin.