13. Thüringer Biomaterial-Kolloquium

Beide Tagungen fungieren als ein Kooperationsforum, das den direkten Kontakt von Wissenschaftlern mit Vertretern der Industrie ermöglicht und der Netzwerkbildung Vorschub leistet. Schon im Rahmen des ThGOT-Programms stand eine Session im Fokus antibakterieller Oberflächen und ein Key-Note-Vortrag beschäftigte sich mit aktuellen Trends für die Anwendung physikalischer Plasmen zur Modifikation von Oberflächen im Life Science-Bereich.

Die hochkarätig besetzten Panels des 13. Thüringer Biomaterial-Kolloquiums lieferten am zweiten Veranstaltungstag aktuelle Sichtweisen zu den Themen Nanomaterialien und Nanomedizin, biofunktionale Oberflächen und Strukturen für das Tissue Engineering sowie hämokompatible Materialien und Blut-Material-Interaktionen und diskutierten die jeweiligen Themengebiete umfassend. Dabei konnte durch die anwesenden Teilnehmer der Bogen von der medizinischen Forschung in die Arztpraxen geschlagen werden.

Antimikrobielle Wirkung einer neuen Mikro-Plasmaquelle

An der Klinik für Hauterkrankungen des Universitätsklinikums Jena wird schon seit mehreren Jahren die Wirkung atmosphärischer Plasmen auf biologisches Material untersucht. Sarah Fink konnte in einem Vortrag die Ergebnisse ihrer Promotionsarbeit zur antimikrobiellen Wirkung einer neuen Mikro-Plasmaquelle vorstellen. Konkret konnten sowohl eine sehr gute antimikrobielle Wirkung als auch eine für dermatologische Anwendungen genau so wichtige Biokompatibilität durch Tests an mit verschiedenen Mikroorganismen kontaminierten Agar-Oberflächen, Tests am Hühnerei-Modell und an 3DHautmodellen sowie mittels Autofluoreszenzanalyse nachgewiesen werden. Eine histologische Bestätigung der Ergebnisse wurde durch PAS (periodic acid-Schiff reaction)-Färbung und Immunhistologie wie auch durch Untersuchungen der Expression pro-inflammatorischer Zytokine und antimikrobieller Peptide erbracht.

Innovative Materialien in der Medizin

Dieses Thema stand im Mittelpunkt des Vortrages von Dr. Monika Bach vom Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut der Universität Tübingen. Mehrere Spezialfelder für Tissue engineering – Gewebezüchtungen als Ersatzmaterial für Knorpel-, Haut- und Zelltransplantationen – konnten mit Beispielen unterlegt werden. Thematisiert wurde die Funktionalisierung von Katheter-Implantat-Oberflächen. Knochenersatzmaterialien, speziell für die Kieferregeneration nach Zahnverlust, können durch flüssigen KollagenSchaum mit eingebetteten verkapselten Wirkstoffen, der nach der Verarbeitung geliert, funktionalisiert werden. Ein Projekt im Bereich Bioprocessing ist das Elektrospinning für ein Herzunterstützungssystem. Dafür wird Nicht-Isocyanat PU (NIPU) versponnen. Aktuelle Entwicklungsarbeiten beschäftigen sich auch mit der anspruchsvollen Bereitstellung geeigneter „Biotinten“, d. h. Mischungen von 3D-druckbaren biokompatiblen Polymeren mit Zellen.

Oberflächenoptimierung von Implantaten

Dr. Henrike Rebl von der Universitätsmedizin Rostock forscht an der Oberflächenoptimierung von Implantaten durch Plasma-Nanobeschichtungen am Beispiel von temporären Implantaten in der Urologie. Ziel ist eine Verhinderung von Verkrustungen auf der Katheter-Oberfläche sowie die Verminderung von bakteriellen Infektionen. Dafür wurden Inkrustationsversuche mit drei ausgewählten Kunststoffen nach antibakterieller Beschichtung mit CuCl₂ durchgeführt. Die Beschichtungen wurden mit einem simultanen PECVD/PVD-Hybridverfahren von DLC-Schichten alterierend mit Plasma-Cu-Sputterschichten realisiert. In den Untersuchungen hat sich gezeigt, dass eine hydrophile Ausstattung der Oberfläche vorteilhaft für die Vermeidung von Inkrustationen ist. Die Kombination neuartiger minimal inkrustierender Materialien mit antimikrobiellen Plasma-Nanoschichten könnte eine neue Möglichkeit für das Design neuer Harnleiterkathetermaterialien bieten.

Untersuchung von Biomaterialien mit dem Rasterkraftmikroskop

A. Körnig von der Bruker Nano GmbH, Berlin, stellte in seinem Vortrag die Möglichkeiten vor, die Struktur, Topografie und die mechanischen Eigenschaften von Biomaterialien mittels Rasterkraftmikroskopie (AFM, Atomic Force Microscopy) zu untersuchen. Diese Parameter sind wichtig, denn sie entscheiden über Beweglichkeit, Verhalten und das Schicksal von Vorläuferzellen. Aus diesem Grund ist es notwendig, Prozesse wie die Selbstorganisation oder haftungsinduzierte Strukturänderungen näher zu untersuchen. Zu diesem Zweck kam die bildgebende Hochgeschwindigkeits-AFM zum Einsatz. Mit ihrer Hilfe ist es möglich, unter anderem dynamische Prozesse in lebenden Zellen oder die Bildung von Kollagen einschließlich der Zwischenstufen zu untersuchen. Auch die viskoelastischen Eigenschaften können berechnet werden.

Antibakterielle Permanentbeschichtungen

Antibakterielle Permanentbeschichtungen auf Basis quartärer Ammoniumverbindungen war das Thema von Dr. Thorsten Laube, Innovent e.V., Jena. Er stellte zwei verschiedene antibakterielle, kovalent an die Oberfläche angebundene Polymerbeschichtungen vor. Ausgehend von p-Vinylbenzylchlorid wurden zunächst zwei quartäre Ammoniumsalze mit unterschiedlicher Alkylkettenlänge hergestellt: Vinylbenzyl-dimethyl-octylammoniumchlorid (VBCOQ) bzw. Vinylbenzyl-dimethyl-octadecyl-ammonium-chlorid (VBCODQ). Als Beschichtungsvarianten wurden zum einen eine Atom Transfer Polymerisation (ATRP) und zum anderen eine konventionelle Beschichtung (Tropfenbeschichtung) gewählt. Die nur wenige Nanometer dünnen Schichten wurden mit Hilfe der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) hinsichtlich ihrer Schichtelementzusammensetzung und Schichtdicke charakterisiert. Untersuchungen der Zytokompatibilität und der antibakteriellen Aktivität zeigten für beide Beschichtungsprozesse ähnliche Ergebnisse hinsichtlich der Abtötung von Bakterien bei Kontakt. Diese antibakteriellen Beschichtungen stellen somit eine Methode zum Schutz von Metallgegenständen vor bakterieller Kontamination dar.