Revolutionärer Durchbruch: Neuer Biomaterial-Coating für Implantate!
Revolutionärer Durchbruch: Neuer Biomaterial-Coating für Implantate!
Was tut sich in der Welt der biomedizinischen Forschung? Ein faszinierender Durchbruch wurde an der Universität Greifswald erreicht, wo Wissenschaftler*innen erstmals eine Oberfläche mit einem 100 Nanometer dicken organischen, elektrisch leitenden Material entwickelt haben. Diese innovative Beschichtung ermöglicht eine homogene elektrische Feldverteilung, die für das Wachstum von Osteoblasten, den knochenbildenden Zellen, von enormer Bedeutung ist.
Diese Forschung ist Teil des Sonderforschungsbereichs 1270 „ELAINE“, der an der Universität Rostock koordiniert wird. Unter der Leitung von Prof. Dr. Christiane A. Helm hat sich dieser Bereich zu einem Knotenpunkt für in etwa 80 engagierte Wissenschaftler*innen aus verschiedenen Universitäten und Hochschulen entwickelt. Ziel ist es, Zellen zur Regeneration bei Knochen- und Knorpeldefekten anzuregen.
Durchbruch mit PEDOT:PSS
Der Schlüssel zu diesem Erfolg liegt in der Verwendung des Verbundwerkstoffs PEDOT:PSS, der eine bemerkenswerte elektrische Leitfähigkeit bietet. Bei einem Durchmesser von etwa 70 Nanometern wird dieses Material in einer speziellen Beschichtungszelle aufgebracht, um sie vor Luftkontakt zu schützen. Die Beschichtung erfolgt durch aufeinanderfolgende Schichten von positiv und negativ geladenen Makromolekülen, wodurch eine elektrisch leitfähige Oberfläche entsteht. Diese Schicht hat eine Gesamtstärke von rund 100 Nanometern, die das Zellwachstum entscheidend unterstützt.
Ein weiterer spannender Aspekt ist die Nutzung von Kollagen I, einem wichtigen Bestandteil des Bindegewebes, als natürliche Unterlage für die Zellen. Dieser Ansatz bietet nicht nur eine stabile Basis, sondern könnte auch die Überlebensfähigkeit und das Wachstum der Zellen erheblich fördern.
Ausblick auf die regenerative Medizin
Was steht als Nächstes auf dem Plan? Zukünftige Forschungsarbeiten sollen diese innovative Beschichtung auf rauen Oberflächen, insbesondere auf 3D-gedruckten Implantaten, anwenden. Das stellt eine enorme Herausforderung dar, denn die Beschichtung muss auch im Inneren dieser komplexen Strukturen funktionieren, um die gewünschten regenerativen Effekte zu erzielen.
Die Vorhaben im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1270 „ELAINE“ sind jedoch nicht nur auf die Knochen- und Knorpelregeneration beschränkt. Auch die tiefen Hirnstimulation zur Behandlung neurologischer Erkrankungen gehört zum Forschungsportfolio. Der SFB wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert und zielt auf eine breitere Anwendbarkeit in der klinischen Praxis ab.
Innovationen für zukünftige Implantate
Ein weiterer Teil des großen Ganzen sind die Entwicklung innovativer, energieautonomer Implantate für die feedbackgesteuerte elektrische Stimulation, die langfristige medizinische Anwendungen versprechen. Hierbei wird an einer ultra-niedrigenergie, miniaturisierten elektronischen Plattform gearbeitet, die für elektrisch aktive Implantate gedacht ist.
Dazu werden effiziente Multi-Skalen-Simulationsmodelle entwickelt, um patientenspezifische Therapien schneller verbessern zu können. Auch die grundlegenden Mechanismen der elektrischen Stimulation in verschiedenen Geweben werden analysiert und in die klinische Praxis übersetzt. Das technische Ziel ist ein energie-minimierter elektrischer Stimulator, der bis zu 12 Wochen autonom funktioniert und sowohl für Menschen als auch Tiere genutzt werden kann.
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit in ELAINE befasst sich mit einem breit gefächerten Wissensspektrum. Engagierte Wissenschaftler aus den Bereichen Elektrotechnik, Informatik, Maschinenbau, Materialwissenschaft, Physik, Biologie und Medizin arbeiten an zukunftsweisenden Lösungen.