3D-Drucktechnologie zur Bekämpfung von Bakterien im Biofilm entwickelt

Nicht zuletzt durch die Corona Pandemie ist uns bewusst, wie schädlich und leicht übertragbar Bakterien und andere Mikroben an Oberflächen sind. Die dort haftenden und teilweise schleimige Matten nennen sich Biofilm und sind oftmals gegen herkömmliche Desinfektionsmittel resistent. Sie bilden komplexe Gemeinschaften und können dadurch sogar zu lebensgefährlichen bakteriellen Infektionen führen. Um diese Problematik nun aber zu eliminieren hat ein Team von Forschern der Montana State University in den USA die additive Fertigung mit ins Spiel gebracht, um mittels 3D-Drucktechnologie die Biofilmforschung voranzutreiben. Ziel hierbei ist es dadurch eine Art Werkzeug herstellen zu können, die zur Vervielfältigung der Mikroben beiträgt. Die Forscher Zimlich und Thornton, die am Zentrum für Biofilmtechnik der MSU beschäftigt sind, forschen bereits seit zwei Jahren an dem 3D-Druckgerät.

Viele Tests und Änderungen später gelang ihnen nun aber endlich der erste Erfolg: das Forschungsobjekt, das aus einem Gitter aus einzelnen Bakterien, eingelegt in Hydrogel – einer durchsichtigen, puddingartigen Substanz – besteht, welches sie nach Belieben präzise auslegen können, könnte eine große Hilfe für zukünftige bakterielle Übertragungen sein. Denn konkret lassen sich Zellen dadurch genau dort anordnen und einkapseln, wo sie benötigt werden, um zur Bekämpfung von Bakterien zu helfen. Genauer gesagt besteht der Vorgang darin, dass die Mikroben in dem Hydrogel abgebildet werden und anschließend das Material mit einem Laser verfestigt wird, um daraus einen unvollkommenen Biofilm zu kreieren. Zwar wurde im Zuge der Forschung bisher nur eine einzige Bakterienart genutzt, sollten Zimlich und Thornton allerdings andere Bakterienstämme nutzen, könnten sie dadurch komplexere Biofilme erzeugen.

Zimlich und Thornton bei ihrer Forschung (Bild: MSU)

Ein Wald voller Bakterien

Verglichen mit einem Wald, in dem es eine große Anzahl an vielfältigen Bakterien gibt, gibt Zimlich zu, dass es sich selbst bei den einfachsten Biofilmsystemen um komplexe Arten handelt. Aus diesem Grund sah man sich in der Verantwortung, Mikroben zu bekämpfen, die sogar gegen Antibiotika resistent sein können. Dies sei der Fall, da die Zellen in der untersten Ebene des vorhandenen Biofilms vom Sauerstoff abgekapselt ist, in einen Ruhezustand verfällt und demnach Medikamente unwirksam dagegen sind. Laut Phil Stewart, ebenfalls Forscher an der MSU, erklärt dieses Phänomen damit, dass sich die Bakterien bereits so stark biologisch verändert haben, sodass solche Medikamente teilweise unwirksam sind. Eine Weiterentwicklung solcher Medikamenten ist daher unumgänglich, sodass alle Formen von Bakterien im Biofilm angegriffen werden.

Zimlich sieht sich optimistisch und beschreibt seine Idee zur Bekämpfung einer solchen Situation mit Bakterien: „Es wird immer deutlicher, dass es möglich ist, diese pathogenen Bakterien zu behandeln, indem man die interaktive Biofilm-Umgebung verändert, anstatt zu versuchen, scharfe chemische Produkte zu verwenden“.

Um solche Behandlungen aber weiter entwickeln zu können, müssen zahlreiche Tests in einer kontrollierten Umgebung wie einem Labor stattfinden. Und das ist der Moment, in dem das 3D-Druckwerkzeug seinen Weg findet. „Wir glauben, dass es möglich ist, Analogien zu konstruieren, wie sich diese pathogenen Biofilme auf natürliche Weise bilden“, bekräftigt Zimlich. Mit rund 30 Kooperationspartnern weist das Forscherteam der MSU in ihrer Pressemitteilung ausserdem an, dass ihre Forschung sogar für Unternehmen wie Procter und Gamble, 3M und der NASA von großer Interesse sein könnte. Mehr Informationen zum Projekt finden Sie HIER.

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