Entwicklung eines bionischen Schutzes zur Prävention von Infektionen an Hautdurchleitungen

Abstract

Verweilkatheter und andere Hautdurchleitungen haben eine vielfältige Verwendung in der Medizin gefunden, wie auf dem Gebiet der Onkologie, der Dialyse und der Herzunterstützung. Im klinischen Einsatz stellt die hohe Zahl an Infektionen ein großes Problem dar. An der Hautdurchtrittsstelle wird die natürliche Barriere der Haut gestört und die Bildung einer Tasche gefördert. Die Hautdurchleitung stellt zusätzlich eine künstliche Oberfläche bereit, an der Bakterien anhaften und einen Biofilm bilden. Als solcher wandern sie an der künstlichen Oberfläche entlang in Richtung Körperinneres und verursachen Infektionen, die zum Verlust des Implantats führen können. Trotz vieler Versuche, diese Infektionen zu verhindern, wurde bis heute keine zufriedenstellende Lösung gefunden. Ziel des hier beschriebenen „bionischen Infektionsschutzes“ ist es, die Infektion zu verhindern, indem die Taschenbildung verhindert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass eine Schutzmembran, die die Hautdurchleitung umgibt, langsam aus dem Körper herausgezogen wird. Dadurch werden stets neue Hautzellen an die Oberfläche transportiert und eine Taschenbildung wird auf diese Weise verhindert. In zwei Versuchen am Tiermodell Ziege wurden insgesamt 18 Hautdurchleitungen untersucht. Zunächst wurden bei 4 Hautdurchleitungen die Schutzmembranen mit einer definierten Bewegung pro Woche nach außen gezogen und die Infektionen mit konventionellen Kathetern verglichen. Im zweiten Versuch wurden die Schutzmembranen von insgesamt 4 Hautdurchleitungen mit einer definierten Kraft gezogen und die resultierende Bewegung gemessen. Im ersten Versuch konnten durch den Einsatz des bionischen Infektionsschutzes die Infektionen an den Hautdurchleitungen verhindert werden, während sich bei 50% der Vergleichskatheter im gleichen Zeitraum Infektionen zeigten. Im zweiten Versuch wurde gezeigt, dass mit einer Zugkraft von 0,5 – 2 N die Schutzmembran mit einer Geschwindigkeit von etwa 0.4 – 0.8 mm pro Woche durch Weichgewebe bewegt werden kann. Der bionische Infektionsschutz bietet die Möglichkeit, die Hautdurchleitungen für einen langen Zeitraum im Körper zu belassen und Reoperationen zu verhindern. Dies betrifft beispielsweise Katheter und Kabel für Herzunterstützungssysteme, die auf diese Weise geschützt werden können.

Indwelling catheters are used in various medical applications. Infections of the exit-site remain one of the leading complications of percutaneous devices. A sulcus around the exit-site serves as a starting point for an infection by compromising the natural barrier of the skin. In addition, the implant provides an artificial surface to which bacteria adhere and form a biofilm. As such the bacteria travel along the implant into the body, where they cause infections. Several attempts were made to prevent these infections. Surfaces were developed to increase the cell adhesion and to strengthen the three-phase line. Metal ions and antibiotic agents were used to prevent the growth of bacteria. However, to date no satisfying solution was found. For instance, the use of a porous surface is widely used and works for a limited time and reduces the infection rate. However, eventually a pocket will form. The scope of the so called bionic infection protection is to prevent the infection by avoiding the formation of a pocket. To this end, the implant is covered with a protective sleeve, which is slowly pulled out of the body. The dead skin cells are removed from the three-phase line and the formation of a pocket is prevented. In two animal experiments a total of 18 implants equipped with a protective membrane were examined. In a first experiment, 4 implants were tested, where the protective membranes were pulled with a speed of 0.5 mm per week and the rate of infection was monitored. In a second experiment the protective membranes of 4 implants were pulled with a defined force. The movement of the membranes was measured. In the first experiment the infections could be avoided using the protective membranes. None of the implants with an actively pulled protective membrane was infected, while up to 50% of the conventional implants got infected. In the second experiment it was shown that using a pulling force of 0.5 – 2 N the protective membrane can be moved through soft tissue and out of the skin. The lower risk of infection for the implants equipped with a protective membrane makes it possible to keep the percutaneous implants in the body for an extended period of time. Hence, with this method the indwelling time of percutaneous implants can be increased.