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Gut verträglich für lebendes Gewebe, in allen Pflanzen reichlich vorhanden und kostengünstig zu verarbeiten: zum Einsatz im medizinischen Bereich bringt Cellulose viele Vorteile mit. In Kooperation mit dem Mainzer Max-Planck-Institut für Polymere erforscht der Lehrstuhl Korrosion und Oberflächentechnik an der Universität Erlangen-Nürnberg die Verwendbarkeit dünner Filme aus Cellulosepolymeren als Schutzschicht und als Bindeglied zwischen Implantaten und Körperzellen. Das Projekt, das von Dipl.-Chem. Andreas Plagge bearbeitet wird, wird bis 1999 von der deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert.
Viele Materialien, die in der Medizintechnik als Implantat verwendet werden, gehen keine stabile Bindung zum umliegenden Gewebe ein, so daß dieses sich im Verlauf einiger Jahre von der Implantatoberfläche zurückzieht und der nötige mechanische Halt verloren geht. Die Folge ist meist, daß das Implantat entnommen werden muß. Vor allem für den Patienten bedeutet das eine hohe Belastung - aber auch die Kosten für derartige Eingriffe sind nicht zu vernachlässigen.
Um Eingriffe dieser Art zu vermeiden, sind bereits verschiedene Materialsysteme im Einsatz. Doch sind diese nach dem bisherigen Stand der Entwicklung entweder sehr teuer oder weisen trotz sehr guter Gewebeanbindung nur geringe mechanische Festigkeitswerte auf. Deshalb können solche Materialsysteme bisher lediglich begrenzt eingesetzt werden.
Ein anderes Problem bei bestimmten Implantaten, die aus Stahl bestehen, kann überdies Korrosion sein, die durch Freisetzung toxischer Schwermetallionen für den Patienten Komplikationen bedingt, für die Entzündungen des umliegenden Gewebes nur ein Beispiel sind. Langzeitschäden durch freigesetzte Korrosionsprodukte sind in der klinischen Praxis zudem vergleichsweise wenig untersucht.
Nachwachsender Rohstoff
Es erscheint deshalb vielversprechend, einen Großteil der angesprochenen Probleme in der Implantattechnik durch neuartige Beschichtungssysteme zu lösen, die auf Cellulose basieren. Cellulose als Hauptbestandteil der pflanzlichen Biomasse ist biokompatibel und weist eine Reihe von hochinteressanten Eigenschaften auf, die sie für Anwendungen im Bereich der Medizintechnik als besonders geeignet erscheinen lassen. So können beliebige funktionelle Gruppen in das Grundgerüst der Polymerkette eingeführt werden. Ein Typus solcher "Anbau-Teile" übernimmt die Aufgabe eines molekularen Ankers, der für eine starke Anbindung sowohl an das Implantatmetall als auch an den Knochen sorgt. Ein anderer Typ funktioneller Gruppen ist wichtig, um die Polymere unter UV-Bestrahlung - ein gängiges technisches Verfahren - vernetzen zu können. Nur eine derartige Behandlung verleiht den Filmen die für praktische Anwendungen nötige mechanische Stabilität.
Darüber hinaus sind Cellulosepolymere äußerst hitzebeständig, wodurch es möglich wird, die beschichteten Implantate durch Wasserdampf zu sterilisieren, ohne daß die Schichten dabei beschädigt werden. Im Vergleich zu anderen Materialsystemen sollte auch der Preis der neuartigen Cellulosesysteme relativ niedrig bleiben. Da nur dünne Schichten eingesetzt werden sollen, kann man von einem sehr geringen Verbrauch ausgehen; außerdem steht die Grundsubstanz Cellulose in praktisch unbegrenzter Menge als nachwachsender pflanzlicher Rohstoff zur Verfügung.
Durchsichtiger Biolack
Die an der Cellulose durchgeführten chemischen Veränderungen, die im wesentlichen die grundlegenden Eigenschaften Haftung und mechanische Stabilität der Beschichtung bestimmen, werden in enger Kooperation mit dem Max-Planck-Institut für Polymere in Mainz (Prof. Wegner) und der TU Dresden (Prof. Adler) vorgenommen. Neben der Beschichtung der Implantatmetalle gehört zum Aufgabenbereich des Lehrstuhls für Korrosion und Oberflächentechnik in dieser Forschungskooperation einerseits die Aufklärung wichtiger analytischer Fragen. Für derartige Untersuchungen stehen spezielle, zum Teil sehr aufwendige Geräte zur Verfügung, die benutzt werden, um Korrosionserscheinungen oder Oberflächenveränderungen, wie sie für die Praxis relevant sind, genau zu erfassen. Zum anderen soll aufgezeigt werden, welche grundsätzlichen Möglichkeiten es gibt, ein industriell nutzbares Produkt auf Cellulosebasis zu entwickeln. Mit dem Konzept neuer Celluloseverbundschichten, einer Kombination zweier verschiedener Cellulosepolymere, wurden bereits wichtige Schritte in diese Richtung unternommen.
In letzter Zeit wird innerhalb der Forschungskooperation aufgrund der herausragenden Materialeigenschaften der Cellulose zusätzlich die Entwicklung eines transparenten Biolacks diskutiert, mit dem z.B. nickelhaltige Legierungen beschichtet werden könnten. So ließe sich verhindern, daß als Folge der Wechselwirkung von Metall und menschlichem Hautschweiß Nickel freigesetzt wird, was allergische Reaktionen auslösen kann.
* Kontakt:
Prof. Dr. Martin Stratmann, Dipl.-Chem. Andreas Plagge, Lehrstuhl Korrosion und
Oberflächentechnik, Martensstraße 7, 91058 Erlangen, Tel: 09131/85 -7591,
Fax: 09131/85 -7582, E-mail: plagge@cmp02ww4. ww.uni-erlangen.de
Criteria of this press release:
Biology, Information technology, Materials sciences, Medicine, Nutrition / healthcare / nursing
transregional, national
Research projects
German
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