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Es konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die Wahl der Kationen durchaus Einfluss auf die photophysikalischen Eigenschaften von [W6I14]2--Clustern hat. So lassen sich nicht nur die Lage der maximalen Emission (Kation = Li–Cs), sondern auch die Quantenausbeute (Kation = PPN) und Löslichkeit der Verbindungen beeinflussen (Kation = Li, wasserlöslich). Kationen können, sollten sie geeignete Energieniveaus besitzen, eine bedeutende Rolle für die photophyikalischen Eigenschaften in Bezug auf Energie- oder Elektronentransfer von angeregten Clusterzuständen auf Kationenzustände spielen. Neben diesem Übertrag auf z. B. lumineszente Ionen (Yb3+, Nd3+) könnte unter diesen Gesichtspunkt auch ein Energie- oder Elektronentransfer vom Cluster auf redoxaktive Metalle wie Fe, Mn, etc. möglich sein, um hiermit molekulare Solarzellen zu synthetisieren (z. B. Fe3+ ↔ Fe2+). Die Metallionen könnten hierbei mit Kryptaten, DOTA-Komplexen oder Porphyrinderivaten (Häme) stabilisiert werden. Für einen effektiveren Energie- oder Elektronentransfer gäbe es die Möglichkeit nicht nur salzartige Verbindungen in Betracht zu ziehen, sondern kovalente Bindungen zwischen dem anionischen Cluster und einem stabilisierten Kation. Bei Verbindungen mit geeigneten Energieniveaus ist auch ein Energietransfer von (komplexen) Kation auf Cluster möglich, um die photophysikalischen Eigenschaften zu steuern.

The purpose of this doctoral thesis was the development of liposomal hypericin formulations and the investigation of their photodynamic activity against bacteria and tumour cells. Since hypericin is very lipophilic and forms aggregates in aqueous solutions, clinical application is a challenge and requires the development of an aqueous hypericin formulation. For this purpose, two different strategies to encapsulate hypericin into liposomes viz. hypericin incorporated within the liposomal membrane prepared by thin film hydration method and its cyclodextrine complex encapsulated inside the aqueous milieu of the liposome prepared by dehydration-rehydration method were compared. Chapter 1 of the thesis introduces the reader to the background and state of art in PDT and liposomal technology. This is followed by Chapter 2 which deals with the summary and explanation of the methods employed. Chapter 3 involves the characterisation of the liposomes. Hydrodynamic diameter, PDI, zeta potential, morphology, encapsulation efficiency and the stability during storage or in the presence of serum were determined with photon correlation spectroscopy (PCS), laser doppler anemometry (LDA), atomic force microscopy (AFM) and size exclusion chromatography (SEC) respectively. All formulations characterised showed a hydrodynamic diameter ranging between 127 and 212 nm and a PDI between 0.21 and 0.32. The zeta potential was especially low in case of dehydration-rehydration vesicles (DRV). This leads to the hypothesis that the Hyp-HPβCD complex also adheres on the liposomal surface. The AFM micrographs confirmed the typical morphology of liposomes showing spherically shaped vesicles. Liposomes composed of DPPC/TEL encapsulated more hypericin than their DSPC counterparts. The stability studies showed that the formulations were stable in cell culture medium or 60% FCS. The photodynamic activity of hypericin liposomes on Staphylococcus saprophyticus subsp. bovis and E. coli DH5α is summarised in Chapter 4 of the thesis. Additionally, CLSM micrographs and binding assay served as qualitative and quantitative analysis of hypericin delivery in gram positive bacteria. E. coli DH5α was not susceptible to hypericin, Hyp-HPβCD or hypericin liposome mediated photodynamic antimicrobial chemotherapy (PACT). Concerning the PACT of gram-positive bacteria, the DRV vesicles were more effective than conventional liposomes prepared using the thin-film hydration method. The strongest effect could be seen using DSPC/Hyp-HPβCD liposomes, which led to a bacterial reduction of 4.1 log10¬. In order to build a bridge between in vitro and in vivo, the best formulation was tested in the chick embryo model. Interestingly, the results, which are presented in Chapter 5, were quite opposite to the in vitro studies. The DSPC/Hyp-HPβCD liposomes led to a decrease of the bacterial load of 1.2 log10 and thus showed a stronger antibacterial effect than the complex. Chapter 6 evaluates the photodynamic activity of hypericin liposomes on biofilms of Staphylococcus saprophyticus subsp. bovis. Additionally, Hyp-HPβCD and/or DSPC/Hyp HPβCD modified implant material was examined in regard to its antibacterial efficacy. The surface coating containing only Hyp-HPβCD led to a reduction of 4.3 log10 of biofilm bacteria. This effect could be increased to a 6.8 log10 reduction by applying ultrasound. Chapter 7 investigates the antitumor characteristics of hypericin liposomes. Therefore, DRV liposomes consisting either of DPPC/TEL or DSPC were compared to vesicles of the same composition prepared using the thin film hydration method. The photodynamic in vitro activity on SK OV-3 cells was concentration dependent in case of all formulations. At a low irradiation fluence of 2.1 J/cm², the conventional liposomes were more phototoxic than the DRV liposomes. By increasing the irradiation fluence up to 12.4 J/cm², the phototoxicity of all formulations approached a similar level. Moreover, the photodynamic activity of the liposomes was dependent on the incubation time with an ideal incubation period of 4 h. Qualitative evidence for the uptake of liposomes into SK-OV-3 could be acquired from the CLSM micrographs. Endocytosis pathway studies led to the assumption that the DRV liposomes were mainly taken up by clathrin mediated endocytosis. Furthermore, the haemolysis assay and the aPTT time indicate that the liposomes were haemocompatible and thus suitable for intravenous injection. The photodynamic effect of the formulations on the microvasculature of the chorioallantoic membrane (CAM) is shown in Chapter 8. DRV liposomes exhibited only a moderate to no antivascular effect, while the conventional liposomes caused a substantial photodestruction of the microvasculature. These results indicate that the conventional liposomes are suitable for antivascular targeting by delivering hypericin to the endothelial cells. The DRV vesicles on the contrary seem to yield the Photosensitiser from light by a very stable encapsulation. Thus we assume that these vesicles can be further developed for direct tumour targeting., In dieser Arbeit wurde die Entwicklung von liposomalen Hypericinformulierungen und die Untersuchung der photodynamischen Aktivität derselben auf Bakterien und Tumorzellen dargestellt. Da Hypericin sehr lipophile Eigenschaften besitzt und in wässrigen Lösungen Aggregate bildet, ist die klinische Applikation eine große Herausforderung und verlangt nach einer stabilen wässrigen Formulierung des Photosensitisers. Zwei verschiedene Strategien zur Verkapselung von Hypericin in Liposomen sollten hierbei verglichen werden. Zum einen wurde Hypericin mit Hilfe der Filmmethode mit den hydrophoben Resten der Lipide in der Liposomenmembran assoziiert und zum anderen wurde eine Einschlussverbindung aus Hypericin und HPβCD mit Hilfe der DRV-Methode in das wässrige Kompartiment der Liposomen eingeschlossen. Der Heranführung an das Thema in Kapitel 1 folgt die Zusammenfassung und Erläuterung der in dieser Arbeit verwendeten Herstellungs- und Charakterisierungsmethoden in Kapitel 2. Kapitel 3 beschäftigt sich mit der Charakterisierung der Liposomen. Mit Hilfe von DLS, LDA, AFM und SEC wurde der hydrodynamische Durchmesser, der PDI, das Zetapotential, die Morphologie, die Verkapselungseffizienz sowie die Stabilität während der Lagerung oder in Anwesenheit von Serum untersucht. Alle Formulierungen zeigten einen hydrodynamischen Durchmesser zwischen 127 und 212 nm und einen PDI zwischen 0,21 und 0,32. Das Zetapotential war im Fall der DRV-Liposomen besonders niedrig, was vermuten lässt, dass der Hypericin-Komplex auch auf der liposomalen Membran adhäriert. Die AFM-Aufnahmen zeigten kugelförmige Vesikel und somit eine für Liposomen charakteristische Morphologie. Die Einschlusseffizienz der DSPC Liposomen konnte durch die DRV-Methode deutlich gesteigert werden. Liposomen die zusätzlich TEL als Membranbestandteil enthielten verkapselten mehr Hypericin als ihre Pendants, welche nur aus DSPC bestanden. In den Studien zur Lagerstabilität konnte gezeigt werden, dass der Zusatz von Cyclodextrin auch nach drei Wochen Lagerung bei 4 °C keine Veränderungen von Größe, PDI oder Zetapotential verursacht. Außerdem zeigten die Formulierungen eine ausreichende Stabilität in IMDM oder 60% FKS. In Kapitel 4 sind die photodynamischen Wirkungen der Liposomen auf Staphylococcus saprophyticus subsp. bovis und E. coli DH5α dargestellt. Des Weiteren wurde die Bindung der Liposomen an die grampositiven Bakterien mit Hilfe eines Bindungsassays und CLSM- Aufnahmen untersucht. E. coli DH5α zeigte keine Sensitivität gegenüber der PACT mit Hypericin, Hyp-HPβCD oder Hypericin-Liposomen. Es war nicht möglich mit Hilfe der Liposomen die äußere Membran der gramnegativen Bakterien, welche eine starke Permeationsbarriere darstellt, zu durchdringen. Bezüglich der PACT von grampositiven Bakterien waren die DRV-Liposomen den nach der Filmmethode hergestellten Vesikeln überlegen. Den stärksten Effekt erzielten DSPC/Hyp-HPβCD Liposomen mit einer bakteriellen Reduktion von 4,1 log10. Der Bindungsassay unterstützte das Ergebnis der in vitro Versuche, indem er zeigte, dass die DSPC/Hyp-HPβCD Liposomen auch am meisten PS an oder in die Bakterienmembran transportierten. Um sich in vivo Versuchsbedingungen anzunähern, wurde die beste liposomale Formulierung im Hühnerembryomodell getestet. Diese Ergebnisse sind in Kapitel 5 zusammengefasst. Interessanterweise zeigen hier, im Gegensatz zu den in vitro Studien, die DSPC/Hyp-HPβCD Liposomen eine stärkere antibakterielle Wirkung als der freie Komplex. Die Liposomen bewirkten eine durchschnittliche Verringerung der Bakterienlast von 1,2 log10. Kapitel 6 befasst sich mit der photodynamischen Wirkung der Hypericinformulierungen auf Biofilmen von Staphylococcus saprophyticus subsp. bovis. Außerdem wird mit Hyp-HPβCD und/oder DSPC/Hyp-HPβCD beschichtetes Kathetermaterial auf seine Antibiofilm-Wirkung untersucht. Als Bestandteil einer Oberflächenbeschichtung von PUR erzielte der Komplex eine Verringerung der Biofilmbakterien um 4,3 log10. Diese Wirkung konnte unter zusätzlicher Anwendung von Ultraschall auf 6,8 log10 Reduktion der Bakterienanzahl gesteigert werden. Insgesamt lassen die Ergebnisse darauf schließen, dass photodynamische Beschichtungen von Kathetermaterial einen guten Ansatz zur Bekämpfung von Katheter-assoziierten Infektionen darstellen können. Kapitel 7 beschäftigt sich mit dem Einsatz der Liposomen für die antitumorale Therapie. Dabei wurden DRV-Liposomen bestehend aus DPPC/TEL oder DSPC mit Filmmethode-Vesikeln der gleichen Zusammensetzung verglichen. Die photodynamische in vitro Aktivität auf SK-OV-3 Zellen war für alle Formulierungen konzentrationsabhängig. Im Gegensatz zu den DRV-Liposomen zeigten die konventionellen Liposomen bei einer geringen Fluenz von 2,1 J/cm² bereits einen phototoxischen Effekt. Während der Steigerung der Fluenz bis zu 12,4 J/cm² glich sich die phototoxische Wirkung der Formulierungen an. Des Weiteren war der photodynamische Effekt der Liposomen von der Inkubationszeit abhängig. Die ideale Inkubationszeit lag bei 4 h. Der qualitative Nachweis der Liposomenaufnahme in die Zellen erfolgte mit Hilfe der Konfokalmikroskopie. Die Liposomen scheinen dabei das Hypericin in einem jeweils ähnlichen Umfang zu den Zellen zu transportieren. Lediglich der freie Komplex zeigte eine stärkere Fluoreszenz innerhalb der Zellen. Nichtdestotrotz ist eine Verkapselung des Komplexes sinnvoll, da das in vivo Schicksal desselbigen besser kontrolliert und somit mehr Hypericin zielgerichteter zum Tumorgewebe gelangen kann. Die Untersuchung der Endozytosewege lässt vermuten, dass die DRV-Liposomen hauptsächlich über die Clathrin-vermittelte Endozytose aufgenommen werden. Die konventionellen Liposomen hingegen scheinen das Hypericin zu einem überwiegenden Teil auch über andere Pathways in die Zellen zu transportieren. Neben der direkten Zelltoxizität ist auch der antivaskuläre Effekt der Formulierungen für die antitumorale Therapie von Interesse. Der Hämolyse-Assay und die aPTT-Zeit weisen darauf hin, dass die Formulierungen hämokompatibel und somit für die intravenöse Applikation geeignet sind. Diese erfolgte in ovo in das Gefäßsystem der CAM. Die Ergebnisse dieser CAM-Studien sind in Kapitel 8 zusammengefasst. Die DRV-Liposomen zeigen hierbei einen moderaten bis keinen antivaskulären Effekt, während die konventionellen Liposomen starke Schäden an den Mikrogefäßen verursachen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass die konventionellen Liposomen gut für die antivaskuläre Therapie geeignet sind, da sie Hypericin zu den Endothelzellen und ins Blut transportieren. Die DRV-Liposomen hingegen scheinen den Wirkstoff sehr stabil zu verkapseln und ihn vor Licht abzuschirmen. Daher liegt die Vermutung nahe, dass diese Art der Verkapselung geeignet ist, mehr Hypericin an den Zielort Tumor zu transportierten, indem eine frühzeitige Freisetzung des Hypericins in die Blutbahn durch die spezielle Verkapselung verhindert wird. Zusammenfassend ist es gelungen, stabile liposomale Formulierungen von Hypericin herzustellen, die für die antibakterielle und antitumorale photodynamische Therapie geeignet sind und sowohl lokal als auch intravenös verabreicht werden können.

Die nachfolgende Arbeit behandelt die Wirkung zwischen Holz, dem Menschen, sowie seiner Umwelt. Anfangs wird aufgezeigt wie der Holzbau wieder den Einzug in die Baubranche fand, nachdem er durch die industrielle Revolution von anderen Baustoffen verdrängt und ersetzt wurde. Parallel dazu werden die Bauweisen vom Pfahlbau bis über zu modernen Holzbautechniken beleuchtet. Anschließend wird der Aufbau von Holz erklärt um später Wirkungsweisen besser verstehen zu können. Nachfolgend wird ein Überblick über relevante Holzarten im Bauwesen hinsichtlich Einsatzhäufigkeit und Wirkung auf den Menschen gegeben. In den folgenden Kapiteln werden positive Wirkungen von Holz einzeln im Detail dargestellt sowie anhand von Studien belegt. Als Abschluss der Arbeit wird ein Ausblick gegeben in welche Richtung sich der Holzbau aktuell und in Zukunft bewegt und welche Eigenschaften dies auf die Umwelt hätte. The following thesis deals with the effect of wood to people and their environment. At first it shows how the timber industry found its way back into the construction industry, after it was displaced and replaced by other building materials by the industrial revolution. At the same time, the construction methods are illuminated from pile dwelling to over-modern timber construction techniques. Afterwards, the structure of wood is explained in order to be able to better understand effects later. Following there is an overview of relevant timber species in the construction industry in terms of frequency of use and effect on humans. In the following chapters, the positive effects of wood are presented individually in detail, as well as proven by studies. As conclusion of this thesis there will be an outlook given in which direction the timber construction currently and in the future moves and which characteristics this would have on the environment.

Nanotechnologie - vom Hype zur Realität der Gegenwart. Welche Versprechen konnten eingelöst werden? Sind Nanoprodukte noch zeitgemäß oder kann man auf den Lotuseffekt getrost verzichten?

Der menschliche Organismus ist kontinuierlich großen Mengen an Mikroorganismen ausgesetzt. Besonders die Oberflächen, wie die Haut und die Mukosa des Gastrointestinaltraktes kommen in engen Kontakt mit einer Vielzahl unterschiedlicher Bakterien, Viren und Pilze. Das besonders stark ausgeprägte Immunsystem des Darms schützt die Mukosa vor einer Überwucherung mit kommensalen Bakterien und dem Eindringen von Pathogenen. Neben einer effektiven Barriere durch Mukus spielen antimikrobielle Proteine und Peptide (AMPs) eine entscheidende Rolle in der Verteidigung gegen Mikroorganismen, indem sie das Wachstum dieser einschränken oder sie sogar abtöten. Im Jahr 2009 konnte ich im Rahmen meiner Diplomarbeit nachweisen, dass High-mobility group box 2 (HMGB2) antimikrobielle Aktivität gegen E. coli besitzt. In dieser Doktorarbeit wurde die neue Funktion des HMGB2 genauer charakterisiert. Das Protein wurde dazu rekombinant hergestellt und zeigte Aktivität gegen verschiedene grampositive und gramnegative Bakterien der normalen Darmflora. Zusätzlich konnte mit Hilfe von elektronenmikroskopischen Analysen gezeigt werden, dass HMGB2 das Wachstum von Staphylococcus aureus negativ beeinflusst und bakterizide Wirkung gegen dieses pathogene Bakterium besitzt. Darüber hinaus wurde der Einfluss der im Darm vorliegenden Umgebungsbedingungen auf die antimikrobielle Aktivität von HMGB2 untersucht. Durch Änderungen des pH-Werts und der Generierung eines reduzierenden Milieus konnten keine signifikanten Änderungen der Aktivität ermittelt werden. Die rekombinante Expression von drei Peptiden, die drei Abschnitten des Proteins entsprechen und dem anschließenden Aktivitätsscreening gegen E. coli konnte gezeigt werden, dass die beiden DNA-Bindedomänen (HMG-Box A und B) die Aktivität vermitteln. Eine Analyse der Expression im Gastrointestinaltrakt zeigte, dass HMGB2 in allen untersuchten Magen- und Darmabschnitten vorhanden ist. Darüber hinaus wurde die HMGB2-Expression bei Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen untersucht. Es konnten jedoch keine signifikanten Veränderungen zwischen Kontroll-, Morbus Crohn- und Colitis ulcerosa-Patienten festgestellt werden. Die Analyse von Stuhl der Patienten zeigte allerdings, dass HMGB2 in einem Teil der Proben detektiert werden konnte und eventuell als Marker für intestinale Entzündungen verwendet werden kann. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass HMGB2 antimikrobielle Aktivität gegen verschiedene kommensale Bakterien der normalen Darmflora besitzt und in allen untersuchten Abschnitten des Magen-Darm-Trakts exprimiert wird. HMGB2 ist Bestandteil der Darmbarriere und gemeinsam mit anderen AMPs an der Abwehr von Mikroorganismen beteiligt. The human body is continuously exposed to an enormous amount of microbes. Especially surfaces like the skin or the gastrointestinal mucosa are in close contact with large numbers of microorganisms, including bacteria, fungi and viruses. A very effective innate immune system protects the intestinal mucosa from an overgrowth of commensal bacteria and penetration by pathogenic microbes. Besides an efficient layer of thick mucus, antimicrobial peptides and proteins (AMPs) which can inhibit the growth of microorganisms or even destroy them are an essential part of the epithelial barrier. In 2009, as a part of my diploma thesis, I could show that high-mobility group box 2 (HMGB2) exhibits antimicrobial activity against E. coli. The aim of this PhD thesis was to characterize and further clarify this new function. HMGB2 was recombinantly expressed and systematically analyzed for antimicrobial activity. Notably, several gram-negative and gram-positive bacteria of the normal gut flora were critically affected by HMGB2. In addition, bactericidal properties against the pathogenic bacterial strain Staphylococcus aureus were detected via electron microscopic analysis. Furthermore potential influences of intestinal environmental conditions on the activity of HMGB2 were investigated. Changes in the pH or the generation of a reducing environment altered the activity of the protein only to a small amount. To localize the part of HMGB2 which is essential for its antimicrobial activity, three peptides which represent three regions of the protein were recombinantly expressed. An activity screening with the three peptides showed that the two DNA-binding-domains HMG-Box A and B are crucial for the antimicrobial effects. An expression study showed that HMGB2 is present in all analyzed stomach and intestinal sections. In addition, the expression in patients with inflammatory bowel disease (IBD) was studied. No significant differences between patients with Crohn?s disease, ulcerative colitis and unaffected controls were detected. However, the examination of stool from individuals of these three groups suggests that HMGB2 might be useful as a new marker for intestinal inflammation. In summary, HMGB2 exhibits antimicrobial activity against various commensal bacteria of the normal gut flora and is expressed in all analyzed gastrointestinal tract sections. HMGB2 is part of the intestinal barrier and protects, together with other AMPs, the intestine from microorganisms.

In der modernen Medizin geht der Trend immer weiter zu alternativen Möglichkeiten, Infektionen zu behandeln und vorzubeugen, um dabei, soweit es geht, auf Antibiotika zu verzichten. Immer häufiger kommen dabei Silbernanokomposite zum Einsatz. Auf der anderen Seite entstehen durch den vermehrten Gebrauch von Nanosilber vor allem in Gegenständen des täglichen Gebrauchs Befürchtungen, inwieweit ihr Einsatz auch negative Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt nehmen kann. Aus diesem Grund ist es von großem Interesse, die entscheidenden Mechanismen der antimikrobiellen Aktivität zu kennen, und so das Silber ressourcensparend und bewusst an die jeweiligen Anwendungen anzupassen. Ziel dieser Arbeit war es zum einen, die systematische Untersuchung des Silberfreisetzungsverhaltens von gesputterten Silbertitandioxid-Nanokompositen durch die Variation verschiedener Parameter insbesondere durch das Aufbringen von Barriereschichten zu untersuchen; zum anderen sollten die die Auswirkungen dieser Modifikationen sowohl auf die antimikrobielle Aktivität als auch auf die Biokompatibilität hin getestet werden. Dabei stand im Vordergrund ein interdisziplinäres und anwendungsorientiertes Messverfahren zu entwickeln, das etablierte Methoden der einzelnen Bereiche erstmals gegenüberstellt, vergleicht und verknüpft, um so maßgeschneiderte Schichten zu erhalten. Es konnte gezeigt werden, dass die Silberfreisetzung bei Silbertitandioxid-Nanokompositen entscheidend von der Morphologie der Silbercluster abhängt: Bei Kompositen, die mit einer ex situ Barriere versehen wurden, gab es durch die bimodale Verteilung große Cluster in der Grenzfläche. Diese wirkten selbst als Barriere, da Silberionen aus dem Inneren sich zuerst an die großen Cluster anlagerten. Als Folge konnte bei in situ Barrieresystemen, bei denen keine bimodale Verteilung zu beobachten war, zeitweise sogar eine höhere Freisetzung als bei barrierelosen Systemen nachgewiesen werden. Bei den biologischen Tests konnte klar ein therapeutisches Fenster nachgewiesen werden, in dem die zytotoxische und antibakterielle Aktivität für gelöstes Silber und Silber auf der Oberfläche unterschiedlich war. Die Untersuchungen der unterschiedlichen Wirkung von Silberclustern auf Fibroblasten und Bakterien zeigten, dass dieser Unterschied insbesondere auf den höheren Stoffwechsel der Bakterien zurückging. Bei diesem kam es zu einer lokalen Übersäuerung, die zu einer verstärkten Auflösung der Oberflächencluster und entsprechend zu einer erhöhten Silberkonzentration in Lösung führte. Durch die gewonnenen Kenntnisse über das Freisetzungsverhalten von Silbertitandioxid-Nanokompositen und den angepassten biologischen Messmethoden, lassen sich maßgeschneiderte Komposite erzeugen, die sich an die gegebenen Rahmenbedingungen verschiedenster medizinischer Applikationen orientieren können.

The development and characterization of permanently antibacterial materials based on cationic polyurethanes is described in this work. Possible applications for these kinds of materials can be found in the production of antibacterial textiles, e.g. for the medical sector. Different cationic polyurethanes were synthesized by alkylation of tertiary amino functions in the previously synthesized base polymer using different alkyl halides. Classic electrospinning from organic solution as well as latex electrospinning from aqueous media were employed to produce permanently antibacterial materials. Their antibacterial properties were characterized by microbiological testing methods., Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Charakterisierung permanent antibakterieller Materialien auf Basis kationischer Polyurethane. Einsatzgebiete solcher Materialien finden sich in der Herstellung antibakterieller Textilien, z.B. für den medizinischen Bedarf. Es wurden verschiedene kationische Polyurethane durch Alkylierung tertiärer Aminogruppen des zuvor hergestellten Basispolymers mit verschiedenen Alkylhalogeniden synthetisiert und charakterisiert. Als Verarbeitungstechniken der Polymere wurden sowohl das klassische Elektrospinnen aus organischer Lösung als auch das Latex-Elektrospinnen aus wässrigen Medien angewendet. Die hergestellten Materialien wurden mit Hilfe mikrobiologischer Testverfahren auf ihre antibakterielle Aktivität hin untersucht.

Gegenstand der vorliegenden Arbeit war die Modifikation von Hydroxylapatit- und Bruschit-Zementen mit 1 % Silber. Ziel war es, den Zementen eine antibakterielle Wirksamkeit bei gleichzeitiger Biokompatibilität ohne Beeinträchtigung ihrer mechanischen Eigenschaften zu verleihen. Durch Mischung von silberdotiertem β-TCP mit Calcium-bis-dihydrogenphosphat Monohydrat (MCPM) bzw. von silberdotiertem α-TCP mit einer 2,5%-Na2HPO4-Lösung entstanden Zementformulierungen, deren Silberfreisetzung, Druckfestigkeit, Abbindezeit sowie Phasenzusammensetzung bestimmt wurde. Desweiteren wurden in vitro-Untersuchungen zur Evaluation der Zytotoxizität mittels Osteoblasten sowie der antibakteriellen Eigenschaften mittels Staph. aureus und Staph. epidermidis durchgeführt. Bei der massenspektrometrischen Analyse der Auslagerungsmedien legte Ag-Bruschit im LB-Medium mit kumulativ 184,5 µg nach 7 Tagen das höchste Freisetzungsverhalten im Vergleich zu Ag-Hydroxylapatit mit 36,8 µg an den Tag; außerdem konnte gezeigt werden, dass sich das molare Verhältnis von Ag+/Ca2+ von theoretisch 1 % bereits bei der Herstellung von Ag+-dotiertem α- bzw. β-TCP auf je 0,78 % reduziert hatte. Die Untersuchung der Phasenzusammensetzung der Zemente wies auf die für die Zemente charakteristischen Beugungsmuster hin. Peaks, die auf Silber hinweisen würden, konnten nicht nachgewiesen werden. Betrachtet man die Druckfestigkeit, konnte der silberdotierte Bruschit-Zement eine leichte Steigerung um 5,1 MPa auf 19,8 MPa erfahren, während der Ag-Hydroxylapatit-Zement nahezu eine Halbierung seiner Festigkeit um 18,5 MPa auf 22,7 MPa erfahren musste. Bei der Auswertung der Versuchsergebnisse wies Ag-Bruschit einen signifikanten bakteriziden Effekt auf, führte aber auch zu einer Reduktion der Osteoblasten auf dieser Oberfläche. Ag-Hydroxylapatit zeigte hingegen nur eine geringe Wirkung gegen die Bakterien, während die Verbindung in dieser in vitro-Studie eher biokompatibel auf die Zellen wirkte. Die in dieser Arbeit modifizierten Zemente sind aufgrund ihrer nicht einheitlichen Ergebnisse hinsichtlich der antibakteriellen Wirksamkeit sowie der wünschenswerten Biokompatibilität für den Einsatz als Knochenersatzmaterial noch nicht geeignet. Die von Ag-Bruschit freigesetzte bakterizide Silbermenge ist für eukaryotische Zellen zu hoch, sodass in weiterführenden Studien diese Freisetzung begrenzt werden müsste., The present work was the modification of hydroxyapatite and brushite cements with 1% silver. The aim was to give the cement an anti-bacterial activity simultaneously with a biocompatibility without compromising their mechanical properties. Cement formulations, of which the release of silver ions, compressive strength, setting time and phase composition were determined, emerged by mixing silver-doped β-TCP with calcium bis-dihydrogen phosphate monohydrate (MCPM) or by silver-doped α-TCP with a 2.5% Na2HPO4 solution. Furthermore, in vitro- studies were performed to evaluate the cytotoxicity by osteoblasts, and the antibacterial properties using Staph. aureus and Staph. epidermidis. In the mass spectrometric analysis of the outsourcing media, Ag brushite in LB-medium with cumulative 184.5 µg after 7 days, demonstrated the highest release behavior as compared to Ag-hydroxyapatite with 36.8 µg; it also could be shown that the molar ratio of Ag+/ Ca2+ of theoretically 1% had already reduced to 0.78% in the production of Ag+-doped α- and β-TCP. The investigation of the phase composition of the cements showed the characteristic diffraction pattern for these cements. Peaks, which would indicate silver, could not be detected. Considering the compressive strength, the silver-doped brushite cement had shown a slight increase of 5.1 MPa to 19.8 MPa, while the Ag-hydroxyapatite cement had experienced a near halving of its strength of 18.5 MPa to 22.7 MPa. When evaluating the test results, Ag-brushite presented a significant bactericidal effect, but also led to a reduction of osteoblasts on the surface. Ag-hydroxyapatite offered a little effect against the bacteria, while the compound in this in vitro- study had more biocompatible to the cells. The modified cements in this study are, due to their non-uniform results in terms of antibacterial efficacy as well as the desirable biocompatibility, not suitable for the use as a bone substitute material. The release of Ag-brushite bactericidal amount of silver for eukaryotic cells is too high, so this release should be limited in further studies.

Using three bacterial strains the antibacterial activity of Chitoskin®, a chitosan-containing wound-dressing, was investigated by determining the viable bacterial cell count in liquid cultures in the absence and presence of Chitoskin®. Results were compared to those obtained for cellulose and silver-laminated cellulose. While the pure cellulose wound-dressing had no impact on the bacterial growth, Chitoskin® and, to an even greater extend, silver-laminated cellulose reduced the viable cell count over 4,5 hrs. Adding a second sample after 2 hrs of incubation resulted in a significantly increased activity of Chitoskin®. In the presence of protein the activity of the silver-laminated cellulose was completely abolished, while that of Chitoskin® continued for at least 3 hrs. Covering bacterial cells on an agar plate with Chitoskin® reversibly inhibited their growth, but did not kill them. Instead, they could be transferred to another sterile agar plate. The results are compatible with the hypothesis that Chitoskin® shows a bacteriostatic activity due to its ability to strongly adsorb the cells. From the theoretical point of view, heavily contaminated wounds would benefit from an early renewal of the wound dressing. Chitosan ist ein polykationisches Chitinderivat, das in schwachen Säuren gelöst einen hemmenden Effekt auf das Wachstum von Bakterien und Pilzen zeigt. Um derartige Effekte auch nachzuweisen, wenn es als Bestandteil von Wundauflagen wie Chitoskin® verwendet wird, wurde ein In-vitro-Test auf antibakterielle Aktivität mit drei Bakterienstämmen durchgeführt. Dazu wurde die Anzahl vermehrungsfähiger Bakterien in einem flüssigen Nährmedium in An- und Abwesenheit von Chitoskin® im Vergleich zu Auflagen aus Cellulose und silberbeschichteter Cellulose über mehrere Stunden verfolgt. Während das Wachstum eines Staphylococcus aureus -Stamms durch reine Cellullose nicht und durch Chitoskin® nur geringfügig beeinträchtigt wurde, zeigte silberbeschichtete Cellulose einen stärkeren Effekt. Erneute Zugabe des jeweiligen Materials nach 2 h erhöhte nur die Wirkung von Chitoskin® deutlich. Gegenüber einem methicillin-resistenten S. aureus (MRSA)-Stamm war die Wirkung aller Wundauflagen deutlich schwächer. Auf das Wachstum eines Pseudomonas aeruginosa -Stamms hatten wiederum die Cellulose keinen, jedoch Chitoskin® und silberbeschichtete Cellulose höhere Aktivitäten. In Anwesenheit von Protein wurde die Wirkung der silberbeschichteten Wundauflage jedoch vollständig aufgehoben, während die von Chitoskin® über mindestens 3 h unbeeinträchtigt blieb. Bakterien auf einer Agarplatte wurden nach Auflage von Chitoskin® im Wachstum gehemmt, jedoch nicht abgetötet, sondern konnten nach Auflegen des Materials auf eine sterile Agarplatte übertragen werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Chitoskin® Bakterienzellen adsorbiert und dadurch eine bakteriostatische Wirkung ausübt. Bei stärker kolonisierten Wunden könnte daher ein früher Wechsel der Wundauflage eine schnellere Erregerreduktion bewirken und so die Heilung begünstigen.

Die Infektionsrate bei onkologischen Patienten mit einer Tumormegaendoprothese liegt mit bis zu 35% weit über den Ergebnissen der primären Endoprothetik (1-3%). Nach mehreren Revisionsoperationen ist dann oft eine Amputation der Extremität unvermeidbar. Aufgrund seiner antimikrobiellen Eigenschaft ist Silber in vielen medizinischen Bereichen im Einsatz, jedoch wurden bei unterschiedlichen Applikationsformen auch toxische Nebenwirkungen beschrieben. In der vorliegenden prospektiven Studie untersuchten wir Patienten nach Implantation einer silberbeschichteten Tumormegaendoprothese nach. In laborchemischen Untersuchungen konnten Störungen der Leber- und Nierenfunktion ausgeschlossen werden. Die maximale Silberionenkonzentration lag bei 56,4 ppb (parts per billion), welche als nicht toxisch eingestuft wird. Zusammenfassend ermöglicht die silberbeschichtete Prothese somit die Freisetzung von Silberionen ohne lokale oder systemische Nebenwirkungen.