Neuartige Gerüste für Implantate
Mit der zunehmenden Zahl älterer Menschen und Unfallhäufigkeit steigt seit einigen Jahren auch die Nachfrage nach orthopädischen Implantaten. Implantate können die Knochenheilung beschleunigen und damit Kosten durch Arbeitsausfälle und Krankenhausaufenthalte senken. Eine neue Generation von Implantaten aus dreidimensionalen (3D) Gerüsten soll nun die Wachstum und Differenzierung von Stammzellen stimulieren. Hierfür muss allerdings die Mikroumgebung bzw. Nische des Implantatsubstrats sorgfältig konzipiert werden. Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts PLASMANANOSMART (Plasma- and electron beam-assisted nanofabrication of two-dimensional (2D) substrates and three-dimensional (3D) scaffolds with artificial cell-instructive niches for vascular and bone implants) war die Entwicklung funktioneller 2D-Substrate oder 3D-Gerüste für kardiovaskuläre und Knochenimplantate. Mit modernsten Nanofertigungsverfahren wurden künstliche Zell-instruktive Nischen erzeugt, in denen sich Stammzellen zu osteogenen oder vaskulären Zelllinien differenzieren. Die Forscher testen neue Materialien und optimierten deren Oberflächenstruktur durch Beschichtung mit Metalllegierungen und Hydroxylapatit (HA). Der HA-Film kann dann je nach Morphologie, Stöchiometrie und Dicke angepasst werden und die Zelladhäsion verbessern. Weiterhin wurde ein multifunktionales Biokomposit erzeugt, das mit HA und antibakteriellen Silber-Nanopartikeln beschichtet ist. Da Adhäsion, Proliferation und Differenzierung der Zellen wesentlich von den Oberflächeneigenschaften des Implantats abhängen, wurden verschiedene diesbezügliche Parameter von Polymergerüsten untersucht. Mit verschiedensten Methoden wurden Struktur, Porosität und Verteilung der Nanopartikel auf den Polymergerüsten wie auch biologische Abbaubarkeit und Korrosionsbeständigkeit untersucht. Dabei zeigten Röntgenanalysen, dass anorganische Partikel in den Polymerstoffen deren mechanische und biologische Eigenschaften verbessern können. Insgesamt ist das Marktpotenzial der Polymere von PLASMANANOSMART für orthopädische Implantate enorm. Der innovative Bioengineering-Ansatz gewährleistet eine dauerhafte Unterstützung des implantierten Gewebes, sodass Kosten durch Nachoperationen entfallen.
Schlüsselbegriffe
Scaffolds, Implantate, Stammzellen, osteogen, vaskulär, Hydroxylapatit, Nanopartikel