„Das ist dramatisch für die Patienten. Eine spät entdeckte Entzündung kann zu lebensbedrohlichen Komplikationen führen“, sagt Prof. Meike Stiesch, Direktorin der MHH-Klinik für Zahnärztliche Prothetik und Biomedizinische Werkstoffkunde. Das Problem: Die Prothesen sitzen teils tief im Körper. „Auf einem Röntgenbild sehen wir eine Entzündung oft viel zu spät, der Knochen ist dann oft schon abgebaut“, sagt die Zahnmedizinerin Stiesch. Das alte Implantat muss entfernt werden, ein neues lässt sich womöglich nicht mehr verankern.
Neuartige Prothesen sollen solche gefährlichen Infektionen deshalb künftig selbst erkennen und frühzeitig bekämpfen. In Hannover arbeiten rund 100 Forscherinnen und Forscher an solchen „intelligenten“ Implantaten. Die Idee dazu stammt aus den Ingenieurwissenschaften. Für Flugzeugbauteile etwa gibt es ein permanentes Monitoring. „Eingebaute Sensoren geben Meldung, wenn es zu Verschleiß kommt“, sagt Stiesch, die auch Sprecherin des Sonderforschungsbereichs „Sicherheitsintegrierte und infektionsreaktive Implantate“ (Siiri) ist.
Wie kann das im menschlichen Körper funktionieren? Dazu setzen die Forscher der Leibniz Universität und der Medizinischen Hochschule (MHH) auf verschiedene Methoden. Eine davon: chemisch beschichtete Implantate. Die Schutzsubstanz reagiert, wenn sich am Implantat eine kritische Menge an Bakterien ansiedelt. Bei einer solchen Infektion wird die Umgebung saurer, der pH-Wert fällt ab. Die Beschichtung löst sich dann auf und setzt darunterliegende antibakterielle Wirkstoffe frei.
„Wir entwickeln Systeme, die erst bei einer Infektion reagieren“, sagt Stiesch. Damit der Effekt sich nicht mit dem ersten Einsatz erschöpft, bekommen diese Abwehrsysteme mehrere Lagen aus Hüllschicht und darunter liegenden Wirkstoffen. Auf diese Weise ist das Implantat, etwa eine Hüftprothese, auch gegen eine erneute Entzündung gewappnet.
In dem Projekt tragen Fachleute aus Maschinenbau, Chemie, Physik und Medizin ihr Wissen zusammen. Die Arbeit läuft parallel an verschiedenen Modellen: So entwickelt das Team um Prof. Hans Jürgen Maier eine winzige Miniaturpumpe, die in einem Zahnimplantat Platz finden soll. „Damit die Pumpe dort hineinpasst, müssen die Implantatwände sehr dünn und zugleich stabil sein“, sagt Maier, Co-Sprecher bei Siiri.
Die Idee: Sensoren am Implantat melden eine Entzündung. In der Zahnklinik oder Arztpraxis wird die Pumpe von außen aktiviert, damit sie Wirkstoffe freisetzt. „Das funktioniert über ein Magnetfeld, die Pumpe braucht dafür keinen Strom“, erklärt Maier, der an der Leibniz Universität das Institut für Werkstoffkunde leitet. Für die Implantatwand hat das Team dort ein neues Material entwickelt, eine Niob-Zirkonium-Legierung. Parallel läuft die Arbeit an der Verkleinerung der Pumpe.
„Wenn Entzündungen frühzeitig entdeckt werden, heilen sie meist gut aus“, sagt Stiesch. Doch bleiben die Bakterien ungestört, bilden sie eine sehr effiziente Überlebensgemeinschaft. Dabei arbeiten unterschiedliche Bakterienarten arbeitsteilig zusammen. Das Tückische: Sie produzieren eine Art Schleimschicht. Dieser Biofilm macht die Bakterien widerstandsfähig gegen die körpereigene Immunabwehr des Menschen und wehrt auch Antibiotika ab.
Doch was sind die Frühwarnzeichen dafür, dass an der Prothese eine Entzündung entsteht? Um das herauszufinden, hat Zahnmedizinerin Amruta Joshi zahlreiche Proben von Biofilmen getestet. Sie stammten von Zahnimplantaten mit und ohne Infektion. Die Forscherin untersuchte die Konzentration unterschiedlicher Bakterien in den Proben und ihre Aktivität. Sie wollte wissen, wann ein harmloser zu einem gefährlichen Biofilm umschlägt.
„Wir haben damit aufgeklärt, welche Biomarker schon früh Infektionen anzeigen“, sagt Stiesch. Zunächst arbeiten die Forscher an Verbesserungen für Zahn-, Hüft- sowie Hörprothesen. Die Modelle sollen später auf andere Implantate übertragen werden.
Das Projekt läuft überwiegend im Nife dem Niedersächsischen Zentrum für Implantat-Forschung und Entwicklung im Medical Park. In der Petrischale haben die Forscher dort Zahnfleischgewebe gezüchtet und ein Implantat eingesetzt. Damit testen sie, wie Bakterienbiofilme auf Heilsubstanzen reagieren. „Wir möchten für die Patienten Implantate entwickeln, die ein Leben lang halten, weil wir damit viel Leid vermeiden können“, sagt Stiesch.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat den Sonderforschungsbereich „Sicherheitsintegrierte und infektionsreaktive Implantate“ seit 2021 mit rund 12 Millionen Euro gefördert. Im November 2025 hat die DFG mehr als 10 Millionen Euro für weitere dreieinhalb Jahre bewilligt.