04 Sep 2018

Antibakterielle Oberflächen ohne Biozide

Das MUNDITECH-Active-Smart-Polymer-Verfahren macht aus nahezu jeder Hartoberfläche eine antimikrobielle Oberfläche – rein physikalisch wirkend, ganz ohne Chemikalien und Biozide

04 Sep 2018

Die Herstellung von bakterienfreien Oberflächen ist meist mit erheblichem Aufwand verbunden. Mikroorganismen können sich aufgrund ihrer seit Millionen von Jahren bewährten und optimierten „Haftungs-Strategien“ über kurz oder lang nahezu an allen Materialien und Oberflächen festsetzen. Häufig bedarf es großer Mengen chemisch aggressiver Stoffe (Biozide), um diese Oberflächen wieder von Bakterien und Mikroorganismen zu befreien – oder entsprechender technischer Tricks, wie bei dem neuartigen hier vorgestellten Verfahren der MUNDITIA Technologies GmbH.

„Multiresistente Keime in Klinik xyz entdeckt!“, „Schwere Wundinfektion macht Amputation erforderlich!“ – Schlagzeilen wie diese sind uns wohl vertraut. Gerade im Healthcare-Umfeld von Kliniken und Pflegeeinrichtungen werden Mikroorganismen immer wieder zur Gesundheitsgefahr für Patienten und betreute Personen. Wie kann man diesem Problem auf die Dauer beikommen?

Bakterien sind seit Millionen von Jahren „Überlebenskünstler“

Bakterien und andere Mikroorganismen begleiten den Menschen schon seit vielen Tausend Jahren. Sie sind die ältesten Lebensformen auf diesem Planeten und haben sich in Millionen von Jahren ihre Lebensräume gesucht und die damit verbundenen Verteidigungsstrategien entwickelt. Und, gar keine Frage, auch wir als Menschen brauchen diese Mikroorganismen: jeder Mensch beherbergt ca. 2 kg „Bakterienmasse“ in und auf seinem Körper. Ohne sie können wir im Grunde gar nicht überleben: keine Verdauung ohne Darmbakterien, glatte und gesunde Haut durch bakterielle Schutzmechanismen, und vieles mehr. Viele Wissenschaftler gehen sogar davon aus, dass der Mensch mehr Bakterien beherbergt, als er eigene Zellen hat. Das Mikrobiom des Menschen, die Gesamtzahl und Zusammensetzung aller Bakterien und Mikroorganismen, die uns „bewohnen“, ist für jeden Menschen so typisch wie das Genom, die Gesamtheit unserer Gene, das unser äußeres Erscheinungsbild und unseren Charakter bestimmt und prägt.

Und doch macht uns der Kontakt mit der Welt der allerkleinsten Lebewesen immer wieder Probleme, vor allem wenn wir es mit „Platzwechselproblemen“ zu tun haben: gelangen Bakterien und Mikroorganismen, die in unserem äußeren Lebensumfeld zu Hause sind und über unser Immunsystem wirkungsvoll kontrolliert werden, in den Körper, gibt es häufig Probleme, ebenso wie umgekehrt: Darmbakterien haben auf offenen Wunden nichts zu suchen und bereiten uns dementsprechend große gesundheitliche Probleme …

Koli Bakterium

Foto: pixabay CC0

Bakterielle Infektionen über Jahrhunderte unerkannt und unbesiegbar

So konnten über die Jahrhunderte hinweg bakterielle Infektionen immer wieder Tausende Menschen dahinraffen; denn über eine lange Zeitspanne waren uns diese winzigen Spezies völlig unbekannt – man kann sie ja mit bloßem Auge nicht sehen, auch nicht hören, nicht schmecken und nicht riechen. Erst vor ca. 300 Jahren hat der Mensch chemische Mittel gefunden, um „Gesundheit zu erhalten“: die ersten chemischen Desinfektionsmittel gehen zurück in das Ende des 18. Jahrhunderts. Doch genaueres über die Zusammenhänge in der Welt des Allerkleinsten wissen wir erst seit etwa der Mitte des vergangenen Jahrhunderts; in diese Zeit der beginnenden systematischen Erforschung der Lebenswelt der Bakterien fällt auch die Entdeckung der ersten Antibiotika. Damit hatte der Mensch nun den zweiten Schlüssel in der Hand, unerwünschte Bakterien nicht nur außerhalb des Körpers, nämlich durch geeignete Desinfektionsmittel, sondern mehr und mehr auch innerhalb des Körpers durch synthetisch oder auch über natürliche Prozesse erzeugte chemische Substanzen zu bekämpfen und zu vertreiben. Diese antimikrobiellen Wirkstoffe sind im Körper mobil, werden über Blut und andere Körperflüssigkeiten transportiert und können aufgrund ihrer chemischen Natur in die Zellen der Bakterien eindringen und dort lebenswichtige Stoffwechselprozesse stören und behindern, was in der Folge zum Absterben der Einzeller führt.

mikrobiologisches Labor

Foto: m. freundl. Genehmigung v. Munditia Technologies GmbH

Gängige Desinfektionsmittel und Antibiotika müssen zur Wirkungsstelle hin transportiert werden

Damit sollten doch inzwischen alle Probleme im Umgang mit Bakterien gelöst sein, oder? Leider nein, denn gerade die umfassende Nutzung von Antibiotika in der Massentierhaltung und Fleischerzeugung hat in der Vergangenheit zu einem Problem geführt, das uns heute mehr und mehr bei der Bekämpfung schädlicher Mikroorganismen bedroht: das Phänomen der Resistenzbildung. Werden Bakterien immer wieder mit den gleichen chemischen Substanzen, vor allem in zu niedrigen Dosierungen, bekämpft, sterben immer nur die Stämme und Arten ab, die gegen diese Chemikalien empfindlich sind; die anderen können sich fleißig weitervermehren; schnelle Mutationsfolgen führen dazu, dass immer mehr Bakterienstämme unempfindlich gegen diese antibakteriellen Wirkstoffe werden.

Biozide und Resistenz – ein schwer zu durchbrechender Teufelskreis

Ein regelmäßiger und häufiger Wechsel von chemischen Desinfektionsmitteln oder Antibiotika, genauer gesagt den enthaltenen chemischen Wirkstoffen, ist daher z.B. in der Reinigung und Desinfektion sensibler Räume unerlässlich. Auch sonst gibt es zahlreiche Versuche, in der Bekämpfung von Bakterien und anderen Mikroorganismen alternative Wege zu gehen: Nutzung von Schwermetallbeschichtungen (Silber, Kupfer), Entwicklung von nanoskaligen Wirkstoffen und vieles mehr. Nur wenige dieser Alternativen haben aus technischen und / oder wirtschaftlichen Gründen bis heute das Nischendasein verlassen.

Nun hat das Start-Up-Unternehmen Munditia Technologies GmbH (MUNDITECH) einen neuen interessanten und sehr vielversprechenden technischen Ansatz entwickelt. Bei dem MUNDITECH-Active-Smart-Polymer-Verfahren (MASP) wird über eine wasserbasierte Trägerflüssigkeit ein spezielles Polymer auf eine Oberfläche aufgetragen und dort anbindet. Diese Polymermoleküle sind somit „immobil“ auf der applizierten Oberfläche fixiert und werden nicht über Medien transportiert. Man kann sich das, wie in dem Schaubild dargestellt, wie den kleinen Stachelpanzer eines Igels vorstellen:

Wirkungsmechanismus MUNDITECH Active Smart Polymer

Foto: m. freundl. Genehmigung v. Munditia Technologies GmbH

Die fehlende Beweglichkeit gleichen diese Polymere über ihre spezielle chemische Struktur mehr als aus: gelangt ein Bakterium oder anderer Mikroorganismus auf eine so behandelte Oberfläche, so dringen die speziellen Seitenketten der Polymere wie „Stacheln“ in die Zellmembranen ein und zerstören diese dabei. Dadurch werden die wichtigsten Lebensfunktionen der attackierten Einzeller zerstört und die Organismen damit abgetötet – wirkungsvoll und ohne einen erforderlichen „Wirkstoffüberschuss“. Da die Polymere an der Oberfläche gebunden bleiben, kommt es zu keinen Nebenwirkungen wie zusätzlichen Umweltbelastungen z.B. bei der natürlichen oder technischen Entsorgung und Nachbehandlung von chemischen Desinfektionsmitteln nach deren Nutzung. In dem folgenden Schaubild werden die Vor- und Nachteile unterschiedlicher Desinfektionsmitteln und ‑verfahren gegenüber gestellt. Daraus ist ersichtlich, dass das neue MUNDITECH-Active-Smart-Polymer-Verfahren (MASP) über viele wichtige Vorteile gegenüber anderen Alternativ-Verfahren verfügt:

Vergleich verschiedener Desinfektionsverfahren u. -mittel

Foto: m. freundl. Genehmigung v. Munditia Technologies GmbH

Dabei deckt die Wirksamkeit der Polymer-Seitenketten ein breites Spektrum ab: so besteht eine hohe antimikrobielle Aktivität sowohl gegenüber grampositiven wie auch gramnegativen Bakterien (wie z.B. Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa oder E. Coli).

Nahezu alle Oberflächen sind mit MASP-Technologie präparierbar – als OEM-Produkte oder in der Nachrüstung

Die Trägerlösung mit dem polymeren Wirkstoffen kann auf nahezu alle „Hartoberflächen“ appliziert werden: (z.B. Kunststoffe, Metalle, Holz, Keramik). Damit werden verschiedenste Anwendungen zugänglich:

  • Möbel und Einrichtungsgegenstände im Healthcare-Bereich (z.B. Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen)
  • antimikrobielle Wand- und Bodenbeläge (z.B. in OPs)
  • Tür- und Fenstergriffe
  • Klima‑ und -Lüftungskanäle (z.B. Klimaanlagen, Luftfilter)
  • Einrichtungen zur Bereitstellung und zum Transport von bakterienfreiem (Trink)Wasser (z.B. Wasserleitungen / ‑rohre, Armaturen, Speicherbehälter, …)
  • Lebensmittelbe‑ und -verarbeitung
  • Innenausstattung von Zügen, Bussen, Bahnen, Flugzeugen (z.B. Sitze, Haltegriffe, …)

Kooperationspartner für antimikrobielle Produkt-Innovationen gesucht

Noch liegen nicht für all diese Anwendungsbereiche die erforderlichen Zulassungen und Freigaben vor. Doch das Unternehmen Munditia Technologies GmbH ist bereit und geeignet aufgestellt, um in diese Marktsegmente vorzudringen – und sucht in diesem Zusammenhang interessierte Partner, für die eine Weiterentwicklung antimikrobieller Oberflächen von strategischem Interesse ist (z.B. im Möbelbau, Boden‑ und Wandfliesenherstellung, Armaturen, …).

Fazit: MUNDITECH hat mit seiner Entwicklung ein vielversprechendes neuartiges Verfahren mit einem breiten Wirkungsspektrum in der Hand, um die Bekämpfung unerwünschter Mikroorganismen auf nahezu allen festen Oberflächen OHNE Einsatz umweltbelastender Chemikalien und OHNE mögliche Resistenzeffekte zu ermöglichen. Das Anwendungspotential ist damit äußerst vielfältig und in naher Zukunft werden sich jenseits der angestrebten Zielmärkte sicherlich noch zahlreiche weitere Anwendungsmöglichkeiten zeigen.

Kontakt für weiterführende Informationen zu dem Verfahren:

Munditia Technologies GmbH
Herr Dr. Klaus Schepers
Gewerbegebiet Europaviertel
Kerkrader Str. 9
D-35394 Gießen
T. +49 (0641) 97 21 36 70
klaus.schepers@munditech.de
www.munditech.de

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Blog-Beiträge Dr. Matthias Brück

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