Die Integration medizintechnischer Implantate zu verbessern, indem sie mit einer funktionalen biologischen Oberfläche ausgestattet werden. Dies war die Idee, mit der Mara Ruff, Doktorandin am Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie der Universität Stuttgart, sich beim Wettbewerb »ideaTrophy 2014« der Firma Freudenberg bewarb und die am 17. Dezember als eine der beiden Gewinnerideen gekürt wurde.
Medizintechnische Implantate wie Prothesen, Stents oder Knochenersatzmaterial bestehen meist aus metallischen, keramischen oder polymeren Materialien, um die notwendige mechanische Kraftübertragung oder die erforderliche Elastizität zu gewährleisten. Was ihnen fehlt, ist die Fähigkeit, über biologische Signale mit dem umgebenden Gewebe zu kommunizieren.
Hier setzt die Idee von Mara Ruff an. Während ihrer Doktorarbeit am Institut für Grenzflächenverfahrenstechnik und Plasmatechnologie IGVP hat sie eine neue Technologie entwickelt, mit der Implantatoberflächen mit einer ganz speziellen biologischen Schicht, einer gewebetypischen extrazellulären Matrix, versehen werden können. Die extrazelluläre Matrix, die von allen Zellen des menschlichen Körpers gebildet wird, sendet biologische Signale, die das Zellwachstum fördern und die Homöostase von Gewebe aufrecht erhalten. Gelänge es, die künstlichen Oberflächen auf diese Weise mit biologischen Funktionen auszustatten, könnte das Einwachsen des Implantats im Körper gefördert werden.
Um die extrazelluläre Matrix herzustellen, isoliert die Wissenschaftlerin die gewünschten Zellen aus einer kleinen Biopsie und vermehrt sie in Zellkulturplatten im Labor. »Hier synthetisieren die Zellen in vitro die gewebespezifische extrazelluläre Matrix: Knochenzellen bilden eine knochenähnliche Matrix, die für Knochenimplantate geeignet ist; Fibroblasten eine dermale extrazelluläre Matrix, die für eine verbesserte Wundheilung von Implantaten in Kontakt mit der Haut sorgen kann« erläutert Mara Ruff.
Bisher ist es aber sehr schwierig, die Bestandteile der extrazellulären Matrix zu einem artifiziellen Material zu verknüpfen. »In Kooperation mit der Universität Konstanz schleusen wir nun ein kleines, nicht toxisches reaktives Molekül in die extrazelluläre Matrix ein. Dies bewirkt, dass sich die Moleküle der biologischen extrazellulären Matrix chemisch mit der künstlichen Implantatoberfläche verbinden«, verrät die Doktorandin. In Untersuchungen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass diese »Beschichtung« die Adhäsion von Zellen und das Zellwachstum fördert.
Beim Wettbewerb IdeaTrophy 2014 der Firma Freudenberg, der auf neue Geschäftsideen in den Geschäftsbereichen der Firma zielt, wurde die Idee der IGVP-Doktorandin als eine von zwei Sieger-Ideen ausgewählt. Freudenberg hat nun Interesse signalisiert, die Chancen auszuloten, um die neue Technologie in Kooperation beider Partner auf den Markt zu bringen.
