ArchivDeutsches Ärzteblatt10/2000Tarnkappe für Metallimplantate: Bioaktivierung von Metalloberflächen

VARIA: Technik für den Arzt

Tarnkappe für Metallimplantate: Bioaktivierung von Metalloberflächen

Dtsch Arztebl 2000; 97(10): A-632 / B-515 / C-486

Kempe, Lisa

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LNSLNS Werkstoffe für Implantate werden vom Organismus, sobald sie mit Körperflüssigkeiten oder dem Gewebe in Kontakt treten, schnell als Fremdkörper erkannt. Unerwünschte Reaktionen wie Entzündungen oder die Biokorrosion des Implantats sind die Folge. Gefragt ist die Weiterentwicklung von biokompatiblen Werkstoffen. Diese sollen sich jedoch im Körper nicht nur neutral und unschädlich verhalten, sondern zielgerichtete Interaktionen mit entsprechenden Zellen und Körpergeweben eingehen. An der RWTH Aachen entwickelt die Arbeitsgruppe um die Priv.-Doz. Dr. Doris Klee vom Lehrstuhl für Textilchemie und Makromolekulare Chemie ein Verfahren, das die Bioaktivierung von metallischen Oberflächen ermöglicht. Die Aachener Werkstoff-Forscher überziehen dazu Metallimplantate zunächst mit einem hauchdünnen Überzug aus Kunststoff, der die Ankopplung von Proteinen und anderen Wirkstoffen ermöglicht. Mit dieser Tarnung aus bioaktiven Substanzen hoffen sie, die Wechselwirkungen zwischen Implantat und körpereigenem Gewebe steuern zu können. Inzwischen ist es ihnen gelungen, Endothelzellen auf Platinoberflächen wachsen zu lassen und Koronarstents mit antithrombogenen Eigenschaften auszurüsten.
"Dank ihrer mechanischen Eigenschaften sind Metalle für den Einsatz bei endovaskulären Therapien prädestiniert; Platin oder Titanlegierungen verhalten sich einigermaßen bioinert. Trotzdem besitzen sie beim Kontakt mit Blut ein thrombogenes Potenzial. Dieses Risiko wollen wir beim Einsatz von Koronarstents durch eine Bioaktivierung der Metalloberfläche mit dem Thrombin-Inhibitor r-Hirudin verhindern", erläutert Klee. Dazu werde die Metalloberfläche zunächst mit einem Polymer, hier dem Poly-amino-p-xylylen-co-poly-pxylylen, beschichtet. Reaktionskammer
Die Aachener haben dafür eine eigene Reaktionskammer entwickelt, in der Kunststoffmoleküle verdampft und polymerisiert werden können. Mit diesem "Chemical vapour deposition"-Verfahren könne die Polymerbeschichtung auf die verschiedensten Metalle in einem Verarbeitungsschritt aufgebracht werden. Die Zunahme der Schichtdicke lässt sich online beobachten. Klee erläutert die Ergebnisse: "Der transparente Polymerfilm lässt sich zum Beispiel auf Edelstahlfolien, Platinspiralen oder verschiedene Stents aufbringen. Er verleiht der Metalloberfläche hervorragende Adhäsionseigenschaften und eine große Homogenität. Bioaktive Wirkstoffe können direkt auf dem Polymer immobilisiert oder über einen Abstandshalter - einem so genannten Spacer - verankert werden. Die Beschichtung übersteht zum Beispiel den mechanischen Stress bei der Expansion der Stents problemlos."
Um das r-Hirudin auf den Stents zu immobilisieren, mussten die Forscher dann noch in die Werkzeugkiste der klassischen Peptidchemie greifen: Die Aminogruppen des r-Hirudin erhalten zunächst einen Schutz. Als SpacerMolekül dient Hexamethylen-Diisocyanat. Die Thrombinaktivität der mit r-Hirudin beschichteten Stents kann anhand der Thrombinzeit und der Plättchenadhäsion charakterisiert werden. Die behandelten Metalloberflächen zeigten laut Klee bemerkenswerte antikoagulative und antithrombotische Eigenschaften.
Die Bioaktivierung von Platinspiralen für die endovaskuläre Therapie von zerebralen Aneurysmen ist ein weiterer Anwendungsbereich für das Aachener Beschichtungsverfahren. Ziel ist hier die Verbesserung der Okklusionseigenschaften der Embolisierungs-Spiralen. Nach der Polymerbeschichtung und Aktivierung der Oberfläche mit dem Spacer können die Zelladhäsionsmediatoren Fibronectin oder Kollagen IV auf den Platinspiralen immobilisiert werden. Sie fördern die Zellproliferation auf der Metalloberfläche. Die ersten Invivo-Untersuchungen im Kaninchen-Modell deuten auf einen dauerhaften Verschluss von Aneurysmen hin, die mit den neuen, Fibronectin-beschichteten Spiralen embolisiert wurden. Die Rekanalisierung von Aneurysmen wird reduziert. Wachstumsfaktoren
Um eine bessere Bioverträglichkeit von Implantaten zu erreichen, denkt man über die Anbindung verschiedenster bioaktiver Substanzen nach: Wachstumsfaktoren, antiproliferierende oder entzündungshemmende Substanzen kommen infrage. Noch liegt vieles im Dunkeln, was die Wechselwirkungen von Biomaterialien beim Kontakt mit einem Biosystem angeht. Die Aachener Werkstoffwissenschaftler verfolgen deshalb jeden Reaktionsschritt genau, um eines Tages Biomaterialien nach Maß anfertigen zu können.
Dr. rer. nat. Lisa Kempe
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