WSU-Forscher nutzen Gewürzextrakte zur Verbesserung medizinischer Knochenimplantate

Ein Extrakt aus Kurkuma und Ingwer trägt dazu bei, dass sich Knochenimplantate fest verbinden und tötet gleichzeitig Bakterien und Krebszellen ab. Dies geht aus einer neuen Studie der Washington State University hervor, die Auswirkungen auf Millionen von Patienten mit Gelenkersatz und Knochenkrebs hat.

In frühen Tests verdoppelte der Extrakt die Knochenbindung rund um die Implantationsstelle innerhalb von sechs Wochen ungefähr, tötete mehr als 90 % der Bakterien auf Implantatoberflächen ab und reduzierte krebserregende Zellen deutlich. Die Ergebnisse vereinen Elemente eines naturheilkundlichen Ansatzes, der auf traditioneller Medizin basiert, mit aktuellen medizinischen Technologien. Kurkuma, ein goldoranges Gewürz, und Ingwerwurzel werden in China und Indien seit Jahrtausenden für Nahrungsmittel und medizinische Zwecke verwendet.

Grundsätzlich sage ich, dass es darum geht, das Beste mit dem Neuesten zu kombinieren. Der beste Teil stammt aus dem Essen, und der neueste Aspekt kommt aus dem biomedizinischen Gerät.“

Susmita Bose, Westinghouse Distinguished Chair Professor an der School of Mechanical and Materials Engineering der WSU und korrespondierende Autorin des Artikels

Die neue Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift der American Ceramic Society, ist die neueste Arbeit von Bose und Amit Bandyopadhyay, Boeing Distinguished Professor an der School of Mechanical and Materials Engineering, die zeigt, dass Verbindungen aus Kurkuma und Ingwer wirksame Ergänzungen zu modernsten medizinischen Behandlungen sein können. Diese Arbeit baut auf ihrer früheren Forschung zum Einsatz des 3D-Drucks zur Herstellung von Knochenimplantaten auf, einer Idee, die früher als weit hergeholt galt und heute eine gängige Methode zur Herstellung von Implantaten ist.

In der aktuellen Studie untersuchten die Forscher eine Reihe medizinischer und gesundheitlicher Probleme im Zusammenhang mit Knochenimplantaten. In einer Zeit, in der rund 7 Millionen Amerikaner mit Hüft- und Knieprothesen aus Metall leben, muss ein erheblicher Teil der Implantate repariert werden, wenn sie sich nicht fest mit dem vorhandenen Knochen verbinden oder mit der Zeit schwächer werden. Es gibt auch ernsthafte Probleme durch Infektionen auf den Metalloberflächen der Implantate selbst – etwas, das in fast einem Drittel der Fälle fehlgeschlagener Implantate auftritt und sehr schwer zu behandeln ist.

„Oft erfordert eine Infektion die Entfernung des Implantats“, sagte Bose. „Es gibt keine andere Möglichkeit, Knochen im Körper des Patienten zu reparieren. Daher können infektionsbedingte Probleme wirklich große gesundheitliche Probleme und eine finanzielle Belastung verursachen.“

Der Extrakt wurde auch auf seine Wirkung auf Zellen getestet, die Osteosarkom verursachen, eine Form von Knochenkrebs, die bei pädiatrischen Patienten und jungen Menschen die häufigste bösartige Erkrankung darstellt. Selbst nach Behandlungsschemata wie Operationen, Chemotherapie und Knochenimplantaten bleiben einige krebserregende Zellen vorhanden.

Das Forschungsteam testete, ob ein Extrakt aus Ingwer und Curcumin, dem Wirkstoff in Kurkuma, mit einer Beschichtung eines Titanimplantats aufgetragen werden kann, die sich mit der Zeit langsam freisetzt. Der Extrakt wurde in vitro und in einem Experiment an einem Femurimplantat bei Ratten getestet.

Der Extrakt trug dazu bei, eine starke Bindung zwischen dem Titanimplantat und dem Knochen zu fördern, wodurch sich die Knochenbindungseffekte sechs Wochen nach der Operation ungefähr verdoppelten. Außerdem wurden 92 % der Bakterien auf der Oberfläche des Implantats abgetötet und die krebserregenden Zellen an der Stelle im Vergleich zu unbehandelten Kontrollen um das Elffache reduziert.

„Diese Herausforderung hat viele, viele Facetten“, sagte Bandyopadhyay. „Wir stellen ein Implantat her, das eine gewisse Infektionsresistenz bietet. Wir stellen ein Implantat her, das bei der Knochenbindung helfen kann. Dieses Papier konzentriert sich auf sehr große Probleme, und wir erzählen der Welt viele kleine Dinge, die man tun kann, um das Leben des Patienten erheblich zu verbessern, sei es ein Hüftimplantat, ein Knieimplantat, ein Wirbelsäulenimplantat oder ein Schulterimplantat. Das ist wirklich der heilige Gral.“

Zu dem Artikel trugen auch der Erstautor Arjak Bhattacharjee bei, ein Doktorand der WSU, der jetzt Assistenzprofessor an der New Mexico Tech ist; Ujjayan Majumdar, ebenfalls WSU-Doktorand; und William Dernell, emeritierter Professor für Veterinärmedizin an der WSU.

Bose wies darauf hin, dass die Wirksamkeit von Ingwer und Kurkuma bei der Reduzierung von Infektionen und krebserregenden Zellen nur einige der gesundheitlichen Vorteile der Verbindungen seien. Bei der Aufnahme in die Ernährung haben Kurkuma und Ingwer unter anderem nachweislich entzündungshemmende und antioxidative Eigenschaften.

„Ich habe eine große Leidenschaft für diese natürlichen Heilmittel, weil ich das Gefühl habe, dass sie so einfach als vorbeugende Behandlung in unserem Alltag eingesetzt werden können“, sagte Bose. „Curcumin aus Kurkuma hat eine sehr gute entzündungshemmende Wirkung – und entzündlicher Knochenschwund ist eine große Herausforderung. Und Ingwer kann eine krebshemmende Wirkung haben. Wir können diese Verbindungen als vorbeugende Maßnahme einsetzen.“

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