Ärzte Zeitung, 11.07.2016

Materialforschung

Bioinspirierte Implantate mit weniger Risiken

Forscher aus Jena haben es - mit der Natur als Vorbild - geschafft, medizinische Implantate sicherer zu machen.

JENA. Die Zahl medizinischer Implantate wie Hüftendo- und Blutgefäßprothesen wächst. Doch bei allen positiven Aspekten birgt die Implantation auch Risiken. "Heutige Implantatmaterialien, wie Polymere und Metalle, können unerwünschte Nebenwirkungen im menschlichen Organismus verursachen", wird Professor Klaus D. Jandt von der Friedrich-Schiller-Universität Jena in einer Mitteilung der Universität zitiert. Beispiele seien etwa Blutgerinnsel oder Infektionen.

Den Forschern um Jandt ist es nun gelungen, Implantate sicherer zu machen. Zum einen konnten sie Polymeroberflächen so verändern, dass diese die Anhaftung von Blutplättchen und damit die unerwünschte Blutgerinnung wesentlich reduzieren (Colloids Surf B Biointerfaces 2016; 145: 502-509). Hierzu haben sie sich von der Natur inspirieren lassen und Zellen, mit denen natürliche Blutgefäße ausgekleidet sind, als Vorbild genommen. Diese weisen eine typische dreidimensionale Form auf, ragen etwas aus der Gefäßoberfläche heraus, und unterdrücken so die Blutgerinnung. Wie sie in der nun vorgelegten Untersuchung zeigten, weist diese natürliche Form im Vergleich zu einer herkömmlichen unstrukturierten Polymeroberfläche eine um etwa 80 Prozent geringere Anhaftung von Blutplättchen auf. Mit Computersimulationen zeigten die Materialwissenschaftler weiter, dass die durch die Blutströmung verursachten Scherspannungen (d. h. Strömungskräfte) auf den bioinspirierten Oberflächen für diese reduzierte Anhaftung von Blutplättchen verantwortlich sind. "Wir hoffen, damit eine wichtige Grundlage für neue Gefäßprothesen gelegt zu haben", kommentiert Jandt diese Ergebnisse, die in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Jena und dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e. V. in Heilbad Heiligenstadt entstanden.

Die Materialforscher konnten zudem die Oberflächen von Titanimplantaten modifizieren und so das Risiko eines Bewuchses mit gefährlichen Krankheitserregern reduzieren (Colloids Surf B Biointerfaces 2016; 145: 617-625). Auch hier sind sie einem bioinspirierten Ansatz gefolgt. So schützt sich eine Reihe von Tieren gegen die Besiedelung durch Mikroorganismen, indem ihre Haut mikroskopisch kleine Strukturen aufweist, die die Anhaftung von Bakterien durch physikalische Kräfte verhindern. Solche Strukturen, wie sie etwa auf der Haut von Haien oder den Flügeln von Libellen vorkommen, haben die Forscher vereinfacht auf das Implantatmaterial Titan übertragen.Wie sie gemeinsam mit Kollegen vom Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie e. V. (HKI) in ihrer nun veröffentlichten Arbeit belegen, lässt sich dadurch die Anhaftung von Mikroorganismen rein physikalisch um mehr als die Hälfte reduzieren. (eb)

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