Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Der Mensch als Maschine mit Reparaturbedarf?

06.10.2006
Mit immer mehr Ersatzteilen lässt sich die Gesundheit des Menschen wieder herstellen: Künstliche Hüftgelenke, Arterien und Herzklappen sind nur einige davon.

Immer besser lernt die Wissenschaft die Wechselwirkungen zwischen den verwendeten Materialien und menschlichen Zellen verstehen und ebnet so den Weg für bessere Implantate. Doch wie lange sind wir noch Mensch und wann werden wir zu so genannten "Cyborgs" - eine Mischung aus Mensch und Maschine? Am ersten Wissenschaftsapéro der Empa in St. Gallen Ende September wurde auch diese Frage aufgeworfen.


Mit Leuchtmarkern eingefärbte Zellen unter dem Mikroskop. Die Empa-Abteilung "Materials Biology Interactions" untersucht auf diese Weise die Migration von Zellen auf der Oberfläche von Implantaten.


An der Empa-Abteilung "Materials Biology Interactions" wird unter anderem die "Wanderung" einzelner Zellen, die so genannte Zellmigration, auf unterschiedlichen Oberflächen untersucht. (Die Zellen sind grün angefärbt, die Linien geben die Struktur der Oberfläche an.)

Verengungen der Herzkranzgefässe durch Verkalkung und als Folge davon Herz-Kreislauf-Probleme oder gar Herzinfarkte nehmen laufend zu, das zeigen Statistiken. So gibt es in der Schweiz jedes Jahr mehr als 16'000 Operationen zur Erweiterung der Herzkranzgefässe. Hans Rickli, Chefarzt und Kardiologie am Kantonsspital St. Gallen, legte dem Publikum im gut gefüllten Vortragssaal der Empa in St. Gallen dar, dass der Durchbruch auf diesem Gebiet erst 1995 dank neu entwickelter Implantate und einer neuen Operationstechnik eintrat - nach Jahren intensiver Forschung. Dabei wird zuerst ein Ballon in die Gefässe eingeführt und an der verengten Stelle aufgeblasen, danach werden Gefässstützen, so genannte "Stents", eingesetzt. Denn, informierte Rickli weiter, ohne Stents verengen sich die Gefässe in manchen Fällen schon nach kurzer Zeit erneut. Und mit herkömmlichen Stents aus Metall blieben Arterien und Venen zwar offen; doch das Metall führte oft zu unerwünschten Folgen. "Es kam nicht selten zu Blutgerinnseln, Narbenbildung und Entzündungen", so der Kardiologe. Um diese ungewollten Folgen zu verhindern, haben Forscherkreise weltweit die Wechselwirkung von künstlichen Materialien und menschlichen Zellen untersucht, um aufgrund dieser Erkenntnisse neue, besser "verträgliche" Implantate zu entwickeln. Im Falle der Stents sind dies etwa ausgeklügelte Beschichtungen aus Nanopartikeln und Medikamenten, die von den Gefässstützen abgegeben werden und so beispielsweise die Narbenbildung verhindern helfen.

Gesucht sind biokompatible Werkstoffe

... mehr zu:
»Implantat »Kardiologie »Stent

Wie künstliche Oberflächen mit verschiedenen menschlichen Zellen reagieren, ist denn auch eine der Fragen, mit der sich die Forschungsgruppe MaTisMed (Materials and Tissues for Medicine) der Empa-Abteilung"Materials Biology Interactions" beschäftigt. Arie Bruinink, Leiter der Gruppe, erklärte den Gästen einige Ergebnisse seiner Forschung anhand von Mikroskopaufnahmen und kurzen Filmsequenzen. In "in-vitro"-Versuchen, also in Versuchen im "Reagenzglas", mit adulten Stammzellen aus Oberschenkelknochen und Nervenzellen aus dem Rückenmark hat er mit seinem Team herausgefunden, dass die Oberflächentopografie der verwendeten Materialien Einfluss auf das Verhalten der Zellen hat. So ändern sich Wandergeschwindigkeit, Ausrichtung und Haftung der Zellen an der Materialoberfläche je nach deren Struktur. All diese Faktoren seien für die erfolgreiche und rasche Wundheilung sowie das rasche Einwachsen von Prothesen äusserst wichtig, erklärte Bruinink, der früher den Bereich "in-vitro"-Neurotoxikologie an der ETH Zürich geleitet hatte.

Trotz vieler Untersuchungen hinsichtlich Biokompatibilität und ähnlicher Experimente an der Empa, die zum Teil in Zusammenarbeit mit Industriepartnern ausgeführt werden, steht die Forschung auf diesem Gebiet noch immer am Anfang. Bruinink: "Wir verstehen noch immer viel zu wenig davon, welche Materialeigenschaften welches Zellverhalten auslösen." So führten schon kleinste Unterschiede in den Eigenschaften von nanobeschichteten Implantatoberflächen bei verschiedenen Zellen zu sehr unterschiedlichen Reaktionen, was das Team um Bruinink vor grosse Herausforderungen stellt.

Wie weit ist zu weit?

Die eingesetzten "Ersatzteile" müssten aber nicht nur bio-, sondern auch psychokompatibel sein, forderte der Psychologe Hans Rudolf Schelling vom Zentrum für Gerontologie der Universität Zürich. Seit der französische Denker René Descartes im frühen 17. Jahrhundert die Maschine als Modell für den Menschen anführte, wird die Trennlinie zwischen den beiden zusehends unschärfer, äusserte sich der Psychologe weiter. "In jüngster Zeit hat mit all den eingesetzten "Ersatzteilen" wie Hüftgelenk, Prothese, Herzschrittmachern und Gefässstützen sogar eine regelrechte Symbiose zwischen Mensch und Maschine stattgefunden - die Folge ist ein Mischwesen aus beidem." Die Frage stelle sich nun, wie mit diesen "Cyborgs" (engl. "cybernetic organisms", deutsch kybernetischer Organismus) umzugehen sei, meinte Schelling. Wird dadurch wirklich in jedem Fall Lebensqualität und Wohlbefinden gesteigert? Wer übernimmt die Verantwortung für die lebensverlängernden Massnahmen? Wer entscheidet, wer von den neuen technischen Errungenschaften profitieren darf? Und bei wie vielen "Ersatzteilen" fühlen wir uns nicht mehr als Mensch, sondern bereits als "Cyborg"?

Am einfachsten ist es zweifellos, gar nicht erst auf derartige Ersatzteile angewiesen zu sein. "Das Risiko von Gefässverengungen beispielsweise kann durch die Lebensweise - ohne Zigaretten, mit gesunder Ernährung und genügend Bewegung - um gegen 50 Prozent gesenkt werden", gab der Kardiologe Hans Rickli dem Publikum mit auf den Weg.

Fachliche Auskünfte
Arie Bruinink, Abt. Materials Biology Interactions, Tel. +41 71 274 76 95, arie.bruinink@empa.ch
Redaktion und Bilder:
Sabine Voser Möbus, Abt. Kommunikation, sabine.voser@empa.ch

Sabine Voser | idw
Weitere Informationen:
http://www.empa.ch

Weitere Berichte zu: Implantat Kardiologie Stent

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?
30.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

nachricht Bessere Anwendungsmöglichkeiten für Laserlicht
28.03.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE