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Neuroelektroden zur Stimulation und Ableitung:

Elektroden, die eine dauerhafte, medizinisch sichere, räumlich hoch auflösende elektrophysiologische Messung und Stimulation im zentralen Nervensystem ermöglichen, werden als neuroelektrische Schnittstellen eingesetzt, z.B. bei der tiefen Hirnstimulation. In unserer Arbeitsgruppe charakterisieren wir an wachen und anästhesierten Nagern Elektroden mit verhaltensbiologischen, elektrophysiologischen und immunhistochemischen Methoden.

Beispielsweise konnten wir im Rahmen einer DFG geförderten Kooperation mit der Arbeitsgruppe Barcikowski, Technische Chemie I der Universität-Duisburg Essen, zeigen, dass die Abscheidung kolloidaler PtIr-Nanopartikel zur Impedanzoptimierung von Ableit- und Stimulationselektroden beiträgt, ohne die Biokompatibilität der Elektroden zu beeinflussen (Angelov et al., 2016 J Nanobiotechnology.

Implantat-assoziierte Infektionen

Implantat-assoziierte Infektionen sind eine der Hauptursachen für Implantatversagen und eine große Herausforderung in vielen chirurgischen Bereichen. In der Regel werden diese Infektionen durch Bakterien ausgelöst, die sich an der Implantatoberfläche anheften, sich in komplexen Biofilmen organisieren und eine chronische Entzündung mit destruktiven Veränderungen des umgebenden Gewebes induzieren. Eine systemische medikamentöse Therapie ist nur selten erfolgreich, da in Biofilmen organisierte Bakterien oft resistent gegenüber Antibiotika und körpereigener Immunabwehr sind. In BIOFABRICATION haben wir in Kooperation mit der Arbeitsgruppe Stiesch, Arbeitsgruppe Implantat-assoziierte Infektionen, ein Rattenmodell etabliert, bei der wir die Biofilmbildung und Gewebereaktion nach intraoperativer Kontamination einer transkraniell befestigten Schraube unter Beteiligung des darunter liegenden Gehirns untersuchen können (Glage et al., 2017 Acta Neurochirurgica). Mit diesem Tiermodell kann beispielsweise die Wirkung einer Freisetzung antibakterieller Wirkstoffe durch funktionalisierte Implantatoberflächen bei Biofilm-assoziierten Infektionen untersucht werden. 

Bakterienwachstum auf einer transkraniellen Titanschraube (A) und Entzündungsreaktion des umgebenden Gewebes (B) nach intraoperativer Besiedelung mit Staphylococcus aureus

Gezeigt wird eine großen Biofilmformation mit hauptsächlich lebenden (grün) und vereinzelt toten Bakterien (rot; A1), sowie die Entzündungsreaktion im umgebenden Gewebe mit mehrkernigen Riesenzellen (Pfeile) als Ausdruck einer Fremdkörper-Reaktion (B1). Die Balkendiagramme zeigen die Mittelwerte + Standardfehler für Tiere mit Bakterienbesiedelung und Vehikel-behandelte Tiere (Kontrolle) für die Auswertung an den Tagen 2, 10 und 21 nach Bakterienbesiedelung mit Bewertung des Bakterienwachstums mit Hilfe eines Scores (A2) und den Gesamtscore für die Entzündungsparameter (B2). Signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen sind mit einem Sternchen gekennzeichnet (*), Unterschiede zu Tag 2 mit einem Kreis (°; ANOVA mit post-hoc Tukey-Test bei p<0,05). Dieses Modell eignet sich zum präklinischen Screening neuer Implantatmaterialen und –oberflächen, ehe deren Eignung in aufwendigeren Verfahren verifiziert wird.