Simulation des Biofilmwachstums

Auf Implantatoberflächen können sich leicht bakterielle Biofilme bilden und Infektionen verursachen, die zu schweren Komplikationen führen können. Die Verhinderung der Biofilmbildung auf Implantatoberflächen ist daher zur Erhöhung der Implantatsicherheit von großer Bedeutung. Zur Bekämpfung bereits gebildeter Biofilme ist es zudem unerlässlich, an der Entwicklung neuer therapeutischer antimikrobieller Wirkstoffe zu arbeiten. In vitro-Experimente zur Evaluation neuer antimikrobieller Implantatoberflächen und Wirkstoffe können sehr zeit-, ressourcen- und kostenintensiv sein, da verschiedene biologische, umweltbedingte und mechanische Faktoren berücksichtigt werden müssen.

Ziel dieses Projektes ist daher die Entwicklung eines numerischen Verfahrens, mit dem die Bildung von implantatassoziierten Biofilmen in Gegenwart antimikrobieller Wirkstoffe auf der Implantatoberfläche simuliert werden kann.

Die numerische Simulation kann als vorgeschaltetes In-silico-Experiment dienen, um Vorhersagen und Hypothesen, z. B. hinsichtlich von Oberflächeneigenschaften, Zell-Zell-Interaktionen, Strömungsbedingungen oder dem Wirkstofftransport zu liefern, bevor diese Ergebnisse anhand von In-vitro-Experimenten validiert werden. In diesem Projekt werden die Biofilme auf der Mikroskala mit Hilfe einer kontinuumsmechanischen Beschreibung definiert. Die Auswirkungen von antimikrobiellen Wirkstoffen auf den Biofilmabbau werden in die entwickelten Modelle einbezogen.