„Die Dynamik des Körpers wird oft vergessen"

Foto: Ein lächelnder Mann mit dunklen Haaren

An neue biokompatible Materialien werden seit geraumer Zeit immer höhere Anforderungen gestellt. Doch auf welchem Forschungsstand befindet man sich derzeit? Aus welchem Stoff ist das optimal Biomaterial geschaffen und welche Forschungszweige haben eine Zukunft?

COMPAMED.de sprach mit Professor Michael Doser, Leiter Entwicklung Biomedizintechnik und stellvertretender Institutsleiter des Institut für Textil- und Verfahrenstechnik der Deutschen Institute für Textil- und Faserforschung Denkendorf.


COMPAMED.de: Herr Professor Doser, Biomaterialien stehen zunehmend im Fokus wissenschaftlicher Forschung. Welche neuen Materialien haben mittlerweile Einzug in die Medizintechnik erhalten?

Michael Doser: In der Biomaterialforschung werden viele Projekte vorangetrieben aber letztendlich sehr wenige davon in die Praxis umgesetzt. Anfangs verwendete man viele Materialien, die hauptsächlich für technische Anwendungen entwickelt worden waren. Heute werden spezielle Materialien für medizinische Anwendungen entwickelt. Biomaterialien können in sehr verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, das reicht vom Wundverband bis hin zu Materialien, die im Körper implantiert werden. Mittlerweile lösen Kunststoffe vielfach statische Materialien wie Metalle ab, da sie biokompatibler sind. Sie passen sich den elastischen Grundsubstanzen des Körpers besser an.

COMPAMED.de: Welche Funktionen übernehmen diese Materialien bereits in der Praxis?

Doser: Hierfür gibt es ein interessantes Beispiel: die Cages. Cages sind Formkörper, die zwischen Wirbel eingesetzt werden, beispielweise bei Bandscheiben- oder allgemein bei Wirbelkörperproblemen. Somit können zwei benachbarte Wirbel über die sogenannten Cages fusionieren. Seitdem Titan als biokompatibles Material bekannt ist, werden die Cages aus diesem Material hergestellt. Heute gibt es zunehmend Cages aus Polyetheretherketon (PEEK).

Ein weiteres interessantes Beispiel ist die Entwicklung von Herniennetzen. Dabei handelt es sich meist um flächige, grobmaschige Netze aus monofilen Polypropylenfäden, die bei Leistenbrüchen Anwendung finden. Teilweise stellt man bereits resorbierbare, teilweise resorbierbare oder selbstfixierende Netze her. Netze mit Titanbeschichtung sind auch eine neue Entwicklung. Ein Verfahren, es nennt sich PACVD (Plasma Activated Chemical Vapor Deposition) führt zu einer Titan-Oberfläche, die vom Gewebe erkannt wird und sich mit dem Gewebe besser verträgt als mit dem hydrophoben Kunststoff Polypropylen. Wir konnten den verbesserten Zellkontakt nachweisen, der mit Titan-Netzen sehr viel weniger Entzündungsreaktionen entstehen lässt als mit klassischen Netzen.

COMPAMED.de: Welche Maßnahmen müssen getroffen werden, um Biomaterialien wie Polymere oder Keramiken optimal für den Einsatz als Medizinprodukt zu präparieren?

Doser: Biokompatibilität ist natürlich eine Grundvoraussetzung für diese Materialien. Nach Definition von Professor Williams aus Liverpool muss biokompatibles Material nicht nur unbedenklich sein sondern auch eine geeignete Antworte im Gewebe hervorrufen. Das bedeutet, dass alle Materialien, die im Körper Anwendung finden oder die direkten Kontakt mit dem Körper haben, eine Reaktion hervorrufen. Es gibt kein inertes Biomaterial. Vielmehr müssen wir versuchen, die Reaktionen zu steuern und dabei Toxizität oder Infektionen vermeiden. Die meisten Biomaterialentwickler vergessen jedoch, dass der Körper extrem dynamisch ist. Das sieht man besonders gut am Bindegewebe der Haut, das ständig die Matrix ändert.

Zellen binden nur punktförmig an das implantierte Material und sie binden nie direkt, sondern immer über eine Matrix, die sie abscheiden, zum Beispiel aus Collagen. Wenn man die Bindung genau untersucht, lassen sich ganz bestimmte Sequenzen auf diesen Matrixmaterialien erkennen, an die sie binden. Das ist zum Beispiel eine Peptidsequenz RGD, eine Aminosäuresequenz aus drei Aminosäuren Arginin, Glycin und Asparagin. Diese Sequenz kommt besonders in der extrazellulären Matrix (Bindegewebe) vor. Forscher haben versucht diese RGD-Frequenz an das Biomaterial anzukoppeln. Das ist aber aus meiner Sicht unsinnig. Die Zelle erkennt dies zwar und bindet auch kurzfristig, aber da sie extrem dynamisch ist, wie das Gewebe auch, wird sie sich irgendwann von dem statischen Material ablösen. In der Biomaterialforschung wird die Dynamik des Körpers oft vergessen.

 
 

Foto:Carbontube

COMPAMED.de: Mit welchen Verfahren wird die Biokompatibilität, die biochemischen und biologischen Wechselwirkungen dieser Materialien überprüft?

Doser: Manchmal kann man vorab gar nicht berechnen, welchen Effekt ein Material auf das menschliche Gewebe haben wird. Grundsätzlich müssen wir aber Fragen der Biokompatibilität mit entsprechenden In-vitro-Tests prüfen. Dafür gibt es eine Normenreihe, die ISO 10993. Mit diesen Normen lässt sich die Biokompatibilität von verschiedenen Materialien sehr gut prüfen − angefangen von der Zytotoxizität, der Blutkompatibiltät bis hin zum Degradationsverhalten. Dann führen wir meistens einen Tierversuch durch, um zu testen, ob das Material die Funktionalität, die wir von ihm erwarten, auch erfüllen kann. Schließlich werden die Ergebnisse in einer klinischen Studie belegt.

COMPAMED.de: Neue Biomaterialien können auch positiven Einfluss auf das Infektionsrisiko haben. Wie darf man sich das vorstellen? Welche Risiken sind unter Umständen damit verbunden?

Doser: Neuerdings kommen Materialien, die Silber enthalten und Silberionen abgeben, verstärkt auf den Markt. Sie sollen sogenannte Biofilme aus Keimen, die sich unter Umständen bilden können, zerstören oder die Entstehung dieser Biofilme verhindern. Zum einen weiß man, dass Silberionen effektiv sein können, um Bakterien abzutöten, zum anderen, dass sie kaum Resistenzen hervorrufen. Setzt man sie in geringen Mengen frei, weist metallisches Silber kaum Zytotoxizität auf.

COMPAMED.de: Welche Biomaterialien befinden sich noch im Forschungsstatus und welche Kriterien müssen sie zukünftig noch für den Einsatz in der Praxis erfüllen?

Doser: Die Regenerationsmedizin ist die Zukunft der Medizin. Das größte Problem ist allerdings die Integration des neu gezüchteten Gewebes in das bestehende gesunde Gewebe. Daher weiß man heute in der Regenerationsmedizin, dass man Biomaterialien verwenden muss, die den Regenerationsprozess im Körper steuern. Zukünftig wird es die „guided tissue regeneration“ sein, die gerichtete Regenerationsmedizin, die Regenarationen gezielt steuert. Das erreicht man durch eine Kombination von Biomaterialien und Wirkstoffen wie zum Beispiel Wachstumsfaktoren.

Auch Trägermaterialien werden zukünftig von größerem Interesse sein. So wird die Bedeutung von Naturstoffen wie Collagen, Fibrin und Kohlenhydrat basierten Biomaterialien wie Alginat, Cyclodextrin, Cytosan steigen. Diese Substanzen werden momentan für verschiedene Anwendungen sehr intensiv erprobt.

Das Interview führte Diana Posth.
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