Spezielle Oberflächenstruktur 09.02.2015, 08:51 Uhr

Besonders gut verträglich: Mit bakterieller Zellulose beschichtete Implantate

Einer Forschergruppe in Zürich ist es gelungen, bakterielle Zellulose mit einer speziellen Oberflächenstruktur herzustellen. Wenn künstliche Implantate mit dieser Zellulose umhüllt werden, ist das für den Körper besonders gut verträglich. Es kommt zu weniger Entzündungen und Abstoßungsreaktionen.

Nach Operationen, bei denen künstliche Implantate wie Herzschrittmacher oder Herzpumpen eingesetzt werden, kommt es oft zu Komplikationen, weil der menschliche Körper die fremden Objekte abwehrt. An der ETH Zürich wurde jetzt eine Methode entwickelt, um besonders gut verträgliche Beschichtungen für Implantate herzustellen.

Nach Operationen, bei denen künstliche Implantate wie Herzschrittmacher oder Herzpumpen eingesetzt werden, kommt es oft zu Komplikationen, weil der menschliche Körper die fremden Objekte abwehrt. An der ETH Zürich wurde jetzt eine Methode entwickelt, um besonders gut verträgliche Beschichtungen für Implantate herzustellen.

Foto: dpa

Mit künstlichen Implantaten wie einem Herzschrittmacher oder einer Herzpumpe kommt es oft zu Komplikationen, weil der menschliche Körper sie als fremde Objekte bekämpft und schlimmstenfalls abstößt. Von der Eidgenössischen Technischen Hochschule ETH in Zürich kommen jetzt gute Nachrichten, denn dort wurde eine einfache Methode entwickelt, um besonders gut verträgliche Beschichtungen für Implantate herzustellen.

Vielversprechendes Material: Von Bakterien hergestellte Zellulose

Bereits seit längerem ist bekannt, dass Zellen besser mit strukturierten als mit glatten Oberflächen interagieren, weil sie sich besser an diese heften können. Nun hat ein Forschungsteam um den ETH-Professor Dimos Poulikakos und Aldo Ferrari, Gruppenleiter am Labor für Thermodynamik in Neuen Technologien, dieses Wissen genutzt und es auf einem der vielversprechendsten Materialien in der Medizin – der Bakterienzellulose – angewendet.

Top Stellenangebote

Zur Jobbörse
Airbus Helicopters-Firmenlogo
#ET7A Electrical System Engineer - Airplane Doors (d/f/m) Airbus Helicopters
Donauwörth Zum Job 
IMS Messsysteme GmbH-Firmenlogo
Entwicklungsingenieur (m/w/i) optische und radiometrische Messsysteme IMS Messsysteme GmbH
Heiligenhaus Zum Job 
Propan Rheingas GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur Sicherheitstechnik (m/w/d) Propan Rheingas GmbH & Co. KG
Jungheinrich-Firmenlogo
Head of Development Automated Driving (m/w/d) Jungheinrich
Lüneburg Zum Job 
G + S Planungsgesellschaft mbH-Firmenlogo
Bauingenieur (m/w/d) für die Bereiche Tragwerksplanung und bautechnische Prüfung G + S Planungsgesellschaft mbH
Hamburg Zum Job 
Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Ingenieur als Supplier Quality Manager (m/w/d) Kromberg & Schubert Automotive GmbH & Co. KG
Abensberg bei Regensburg Zum Job 
LEONHARD WEISS GmbH & Co. KG-Firmenlogo
Bauingenieur / Bautechniker Digitalisierung (m/w/d) LEONHARD WEISS GmbH & Co. KG
Satteldorf Zum Job 
Munich Consulting Group-Firmenlogo
Junior Consultant Industrial Engineering (m/w/d) Munich Consulting Group
München Zum Job 
Munich Consulting Group-Firmenlogo
Senior Consultant Industrial Engineering (m/w/d) Munich Consulting Group
München Zum Job 
Munich Consulting Group-Firmenlogo
Consultant Industrial Engineering (m/w/d) Munich Consulting Group
München Zum Job 
NewTec-Firmenlogo
Software-Entwickler (m/w/d) Embedded Applikationen NewTec
Freiburg im Breisgau Zum Job 
Saale Energie GmbH-Firmenlogo
Elektroingenieur / Ingenieur Elektrotechnik (w/d/m) Saale Energie GmbH
Schkopau Zum Job 
SWM Services GmbH-Firmenlogo
CAE Administrator*in (m/w/d) SWM Services GmbH
München Zum Job 
Die Autobahn GmbH des Bundes-Firmenlogo
Bauingenieur Bauwerkserhaltung (w/m/d) Die Autobahn GmbH des Bundes
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Bauingenieur:in Bebauungsplan (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleitung Starkregenrisikomanagement (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Ingenieur:in Wartungsplanung (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Ingenieur:in Elektrotechnik - Betriebsführung (VEFK) und Planung (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Projektleiter:in für kleine und mittelgroße Investitionsprojekte in Wasserwerken (Werke) (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe
Berliner Wasserbetriebe-Firmenlogo
Ingenieur:in Instandhaltungsmanagement / Werke (w/m/d) Berliner Wasserbetriebe

Zellulose ist der Hauptbestandteil von pflanzlichen Zellwänden und gibt der Pflanze durch ihre Struktur in reißfesten Fasern die nötige Stabilität. Die Zellulose kann aber auch von bestimmten Bakterien außerhalb der Zellen gebildet werden. Dann entsteht eine sehr feine Netzwerkstruktur, die sich im Vergleich zur pflanzlichen Zellulose durch eine besondere Reinheit auszeichnet.

Feuchte Bakterienzellulose ist flexibel und stabil zugleich

Die Bakterienzellulose ist außerdem im feuchten Zustand sehr flexibel und mechanisch stabil. Die medizinische Forschung hat das Biopolymer längst für zahlreiche Anwendungen entdeckt, denn es ist für den menschlichen Körper besonders gut verträglich. So werden zum Beispiel bereits künstliche Blutgefäße oder Knorpelersatz daraus hergestellt und auch für Wundverbände ist das Material interessant.

Die Bakterien bauten eine Zelluloseschicht nach vorgegebenem Muster

Um der bakteriellen Zellulose eine spezifische Oberflächenstruktur zu geben, damit die Körperzellen besser mit dem Material interagieren, nutzte das Forscherteam eine Silikonform mit einem dreidimensionalen Linienraster im Mikrometerbereich. Diese Form ließen sie auf der Oberfläche einer Nährlösung schwimmen, in der die zelluloseproduzierenden Bakterien wuchsen.

Eine Beschichtung aus mikrostrukturierter Zellulose - wie der dargestellten Schicht mit Linienraster - könnte Implantate verträglicher machen.

Eine Beschichtung aus mikrostrukturierter Zellulose – wie der dargestellten Schicht mit Linienraster – könnte Implantate verträglicher machen.

Quelle: Ben John Newton

Die Bakterien bauten am Übergang zwischen Flüssigkeit und Luft ein dichtes Netz aus Zellulosesträngen auf. In Anwesenheit der Silikonform passten sie sich an diese an und produzierten eine Zelluloseschicht samt dem Negativabdruck des Linienrasters.

Menschliche Zellen können Fasern erkennen

Das Linienraster brachte die Bakterien außerdem dazu, die Zellulosestränge vermehrt in der ungefähren Ausrichtung des Rasters herzustellen. „Menschliche Zellen haben grundsätzlich die Fähigkeit, Fasern zu erkennen, zum Beispiel das körpereigene Kollagen, ein Bestandteil des Bindegewebes“, erklärt Aldo Ferrari. Die Zellulosestränge und das Rastermuster böten Zellen somit eine Orientierung entlang von vorgegebenen Bahnen, die sie erspüren. „Für Wundpflaster ist das von großem Vorteil. So könnten Hautzellen eine Wunde besser verschließen, wenn sie sich entlang solch strukturierter Zellulose bewegen.“

Zellulose birgt spezielle Nachricht für die darauf wachsende Zelle

Es sei nun möglich, der Zelluloseoberfläche schon bei ihrer Herstellung eine Nachricht für die später darauf wachsenden Zellen mitzugeben, erklärt Poulikakos. „Man kann sich das wie Blindenschrift vorstellen.“ So lasse sich die optimale Nachricht passend für die spätere Anwendung auf der Oberfläche anbringen. Solche Strukturen helfen auch, Abstoßungsreaktionen des Körpers gegen das künstliche Implantat zu reduzieren. In Studien mit Mäusen verglichen die Forscher glatte mit strukturierter Zellulose und stellten fest, dass Mäuse, denen die strukturierte Zellulose unter der Haut eingesetzt worden war, signifikant weniger Anzeichen einer Entzündung aufwiesen.

Diese vielversprechenden ersten Ergebnisse verfolgen die Wissenschaftler nun weiter, um das Material unter komplexeren Bedingungen zu testen. Zum Beispiel könnten die Forscher für künstliche Blutgefäße die Zelluloseoberfläche so strukturieren, dass der Blutfluss optimiert wird und solche Gefäße weniger leicht verstopfen.

Weil Mikroben an Implantaten Infektionen auslösen haben Materialwissenschaftler der Universität Jena (FSU) mit nanorauen Titanoberflächen experimentiert, auf denen sich Mikroben unwohl fühlen sollen.

 

Ein Beitrag von:

  • Gudrun von Schoenebeck

    Gudrun von Schoenebeck

    Gudrun von Schoenebeck ist seit 2001 journalistisch unterwegs in Print- und Online-Medien. Neben Architektur, Kunst und Design hat sie sich vor allem das spannende Gebiet der Raumfahrt erschlossen.

Themen im Artikel

Zu unseren Newslettern anmelden

Das Wichtigste immer im Blick: Mit unseren beiden Newslettern verpassen Sie keine News mehr aus der schönen neuen Technikwelt und erhalten Karrieretipps rund um Jobsuche & Bewerbung. Sie begeistert ein Thema mehr als das andere? Dann wählen Sie einfach Ihren kostenfreien Favoriten.