Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Materialoberflächen Zellgemeinschaften steuern

08.07.2016

Von der Natur inspiriert: Materialwissenschaftler der Uni Jena nutzen strukturierte Oberflächen, um medizinische Implantate sicherer zu machen

ie Zahl der medizinischen Implantate wächst. Allein in Deutschland werden Jahr für Jahr fast eine viertel Million Hüftendoprothesen und zehntausende von Blutgefäßprothesen implantiert.


Jenaer Forschern ist es gelungen, Polymeroberflächen von künstlichen Blutgefäßen so zu verändern, dass sie die Anhaftung der Blutplättchen und damit die Blutgerinnung wesentlich reduzieren.

Was den Betroffenen auf der einen Seite ein Plus an Lebensqualität beschert, birgt auf der anderen Seite jedoch nach wie vor Risiken: „Heutige Implantatmaterialien, wie Polymere und Metalle, können unerwünschte Nebenwirkungen im menschlichen Organismus verursachen“, sagt Prof. Klaus D. Jandt von der Friedrich-Schiller-Universität Jena und nennt als Beispiele das Auftreten von Blutgerinnseln oder Infektionen.

Medizinische Implantate sicherer zu machen, ist ein Ziel des Materialwissenschaftlers Jandt und seines Teams, dem die Forscher nun mit zwei aktuellen Studien einen Schritt nähergekommen sind. Im Fachmagazin „Colloids and Surfaces B – Biointerfaces“ berichten die Jenaer Forscher, wie sie Polymeroberflächen so verändern können, dass diese die Anhaftung von Blutplättchen und damit die unerwünschte Blutgerinnung wesentlich reduzieren (doi:10.1016/j.colsurfb.2016.05.022).

Darüber hinaus zeigen sie, wie sich Oberflächen von Titanimplantaten modifizieren lassen, um das Riskio eines Bewuchses mit gefährlichen Krankheitserregern zu reduzieren (doi:10.1016/j.colsurfb.2016.05.049).

Blutgefäßprothesen bestehen heute vorwiegend aus Dacron, einem Polyester-Polymer oder Teflon. „Weil Blut dazu neigt, im Kontakt mit diesen Materialoberflächen zu gerinnen, besteht die Gefahr, dass sich die künstlichen Blutgefäße mit Blutgerinnseln verschließen, was lebensbedrohlich sein kann“, erläutert Prof. Jandt. Um die Anhaftung von Blutplättchen auf den künstlichen Oberflächen zu verringern, haben sich die Wissenschaftler von der Natur inspirieren lassen.

„In natürlichen Blutgefäßen wird die Blutgerinnung u. a. dadurch unterdrückt, dass die Zellen, mit denen die Gefäße ausgekleidet sind, eine typische dreidimensionale Form aufweisen und etwas aus der Gefäßoberfläche herausragen.“ Diese natürliche Form diente den Materialwissenschaftlern als Vorbild für die Oberfläche eines neuen künstlichen Blutgefäßes.

Wie sie in der nun vorgelegten Untersuchung zeigten, weist diese 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 Prof. Jandt diese Ergebnisse, die in Zusammenarbeit mit dem Universitätsklinikum Jena und dem Institut für Bioprozess- und Analysenmesstechnik e. V. in Heilbad Heiligenstadt entstanden.

Auch beim Verständnis von Infektionen an metallischen Titanimplantaten sind die Materialwissenschaftler der Uni Jena 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.

Original-Publikationen:
Pham TT et al. Hemodynamic aspects of reduced platelet adhesion on bioinspired microstructured surfaces. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (2016) doi:10.1016/j.colsurfb.2016.05.022;
Lüdecke C et al. Nanorough titanium surfaces reduce adhesion of Escherichia coli and Staphylococcus aureus via nano adhesion points. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces (2016) doi:10.1016/j.colsurfb.2016.05.049

Kontakt:
Prof. Dr. Klaus D. Jandt
Otto-Schott-Institut für Materialforschung der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Löbdergraben 32, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 947730,
E-Mail: K.Jandt[at]uni-jena.de

Weitere Informationen:

http://www.uni-jena.de

Stephan Laudien | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Untersuchung von Proteinen in einer Graphen-Flüssigkeitszelle führt zu höherer Strahlenverträglichkeit
10.12.2018 | INM - Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH

nachricht Zirkuläre Kunststoffwirtschaft: Fraunhofer-Cluster of Excellence »Circular Plastics Economy«
07.12.2018 | Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

Von „Frequenzkämmen“ spricht man bei speziellem Laserlicht, das sich optimal für chemische Sensoren eignet. Eine revolutionäre Technik der TU Wien erzeugt dieses Licht nun viel einfacher und robuster als bisher.

Ein gewöhnlicher Laser hat genau eine Farbe. Alle Photonen, die er abstrahlt, haben genau dieselbe Wellenlänge. Es gibt allerdings auch Laser, deren Licht...

Im Focus: Topological material switched off and on for the first time

Key advance for future topological transistors

Over the last decade, there has been much excitement about the discovery, recognised by the Nobel Prize in Physics only two years ago, that there are two types...

Im Focus: Neue Methode verpasst Mikroskop einen Auflösungsschub

Verspiegelte Objektträger ermöglichen jetzt deutlich schärfere Bilder / 20fach bessere Auflösung als ein gewöhnliches Lichtmikroskop - Zwei Forschungsteams der Universität Würzburg haben dem Hochleistungs-Lichtmikroskop einen Auflösungsschub verpasst. Dazu bedampften sie den Glasträger, auf dem das beobachtete Objekt liegt, mit maßgeschneiderten biokompatiblen Nanoschichten, die einen „Spiegeleffekt“ bewirken. Mit dieser einfachen Methode konnten sie die Bildauflösung signifikant erhöhen und einzelne Molekülkomplexe auflösen, die sich mit einem normalen Lichtmikroskop nicht abbilden lassen. Die Studie wurde in der NATURE Zeitschrift „Light: Science and Applications“ veröffentlicht.

Die Schärfe von Lichtmikroskopen ist aus physikalischen Gründen begrenzt: Strukturen, die näher beieinander liegen als 0,2 tausendstel Millimeter, verschwimmen...

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungen

Eine Norm für die Reinheitsbestimmung aller Medizinprodukte

10.12.2018 | Veranstaltungen

Fachforum über intelligente Datenanalyse

10.12.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Neuartige Lasertechnik für chemische Sensoren in Mikrochip-Größe

11.12.2018 | Physik Astronomie

Besser Bohren – Neues Nanokomposit stabilisiert Bohrflüssigkeiten

11.12.2018 | Geowissenschaften

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Januar und Februar 2019

11.12.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics