Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Eine Matrix für Gewebe

13.12.2010
Dreidimensionale Gerüste, auf denen Zellen sich ansiedeln und zu Geweben oder Organen heranwachsen können, sind in der regenerativen Medizin begehrt.

Materialwissenschaftler der Universität Würzburg haben dafür erfolgreich neue Fasern mit ganz besonderen Eigenschaften entwickelt.

Die Anforderungen an sie sind hoch: Im menschlichen Körper eingesetzt, müssen sie rückstandslos abbaubar sein – und das nicht zu schnell, aber auch nicht zu langsam. Nur ganz bestimmte Zellen sollen sich auf ihnen ansiedeln, untereinander verbinden und zu komplexen Strukturen heranwachsen. Andere Substanzen hingegen, beispielsweise Proteine und Zellen aus dem Blut, sollen ihnen fern bleiben.

Die Rede ist von extrem dünnen Polymerfäden, die zu Netzen oder dreidimensionalen Strukturen verwoben werden können. Professor Jürgen Groll erforscht solche Materialien, die in der Medizin zum Einsatz kommen sollen. Seit August dieses Jahres leitet er den Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe in der Medizin und der Zahnheilkunde der Universität Würzburg. Jetzt hat er eine vielversprechende Neuentwicklung der Öffentlichkeit präsentiert. Die renommierte Fachzeitschrift Nature Materials berichtet darüber in ihrer aktuellen Ausgabe.

Extrem dünne Fäden wachsen im elektrischen Feld

„Es ist uns gelungen, eine Technik zu entwickeln, die solche Fasern in einem einzigen Arbeitsschritt herstellt“, sagt Groll. Ultradünne Polymerfasern zu produzieren: Das war bisher schon möglich. „Electrospinning“ heißt die dahinter steckende Technik. Das Prinzip: An eine Flüssigkeit wird ein elektrisches Feld angelegt, das dünne „Jets“ erzeugt. Die Fasern, die dabei entstehen, sind äußerst dünn – bis zu zehn Nanometern, also dem Hunderttausendstel eines Millimeters.

Groll und seine Mitarbeiter haben diese Technik jetzt einen deutlichen Schritt voran gebracht. Sie haben ein besonderes Makromolekül entwickelt. Gibt man dieses Molekül in die Flüssigkeit, aus der die Fasern hergestellt werden, verändert sich deren Oberfläche radikal. „Dieses Molekül verwandelt die an und für sich wasserabstoßenden Fasern in ‚hydophile‘, also wasseranziehende Fasern“, erklärt Groll. Damit unterdrückt es die Anlagerung unerwünschter Proteine an der Faseroberfläche.

Dass sich Proteine unkontrolliert an Polymerfäden anlagern, ist in der Medizin ein gefürchteter Effekt. Er tritt normalerweise sehr schnell auf, wenn Materialien in den Körper eingesetzt wird. „Auf den hydrophoben Oberflächen werden die Proteine schnell denaturiert“, sagt Groll. Dadurch besteht die Gefahr, dass das Immunsystem aktiviert wird und die Wundheilung gestört – alles unerwünschte Nebenwirkungen. „Deshalb ist es äußerst wichtig, die Anlagerung solcher Proteine zu verhindern“, so der Polymerchemiker.

Baugerüst für körpereigene Zellen

Andere Anheftungen sind hingegen mehr als erwünscht: Körpereigene Zellen sollen sich an den Faserstrukturen anlagern, untereinander verbinden und zu einer kompakten Struktur heranwachsen. Auf diese Weise können Mediziner beispielsweise dem Körper dabei helfen, großflächige Verletzungen schneller wieder zu schließen. Im Labor arbeiten Wissenschaftler daran, mit Hilfe dieser Fasern neue Gewebe, möglicherweise sogar neue Organe zu produzieren. Dazu „basteln“ sie mit den Polymerfäden dreidimensionale Gerüste in der benötigten Form, auf denen sich anschließend die gewünschten Zellen ansiedeln – beispielsweise Leberzellen, wenn es darum geht, eine neue Leber herzustellen, oder Knorpelzellen, die Ersatz für zerstörte Gelenkoberflächen schaffen sollen.

Der Vorteil solcher Implantate liegt auf der Hand: Weil sich das neue Organ aus Zellen des jeweiligen Patienten entwickelt hat, kommt es nach der Implantation zu keiner Abstoßungsreaktion. Auf eine medikamentöse Therapie, die heutzutage nach Fremdtransplantationen zwingend erforderlich ist, kann deshalb verzichtet werden. Und die Fasern werden nach wenigen Monaten rückstandslos abgebaut.

Neue Organe wachsen im Labor

„Je nachdem, welche Zellen sich an den Fasern anlagern sollen, geben wir ihnen die entsprechenden bioaktive Peptide auf der Oberfläche mit“, sagt Groll. Diese sorgen dafür, dass genau die Zellen angelockt werden, die im jeweiligen Fall benötigt werden.

Mit der von Groll und seinen Mitarbeitern entwickelten Technik lassen sich jetzt deutlich schneller als bisher Fasern und Faserstrukturen herstellen und mit den unterschiedlichsten Eigenschaften versehen. Groll ist überzeugt davon, dass es diese Technik schon in naher Zukunft möglich macht, im Labor Strukturen zu konstruieren, auf denen komplexe Gewebe wachsen können.

“Degradable polyester scaffolds with controlled surface chemistry combining minimal protein adsorption with specific bioactivation”, Dirk Grafahrend, Karl-Heinz Heffels, Meike V. Beer, Peter Gasteier, Martin Möller, Gabriele Boehm, Paul D. Dalton and Jürgen Groll. Nature Materials, DOI: 10.1038/NMAT2904

Kontakt
Professor Jürgen Groll,
T: (0931) 201 73610,
E-Mail: juergen.groll@fmz.uni-wuerzburg.de

Gunnar Bartsch | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-wuerzburg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Wie wirksam sind Haftvermittler? Fraunhofer nutzt Flüssigkeitschromatographie zur Charakterisierung
17.10.2017 | Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF

nachricht Dem Lichtstrahl auf die Sprünge geholfen
21.07.2016 | SCHOTT AG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Mobilität 4.0: Konferenz an der Jacobs University

18.10.2017 | Veranstaltungen

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

18.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben

18.10.2017 | Messenachrichten

»ILIGHTS«-Studie gestartet: Licht soll Wohlbefinden von Schichtarbeitern verbessern

18.10.2017 | Energie und Elektrotechnik