Biomimetische und biologisch aktive Oberflächenmodifizierung

Zielsetzung des Projektes war die Erprobung und Entwicklung von neuartigen Polymer-Compounds, welche neben einer antibakteriellen Wirkung an der fertigen Formteiloberfläche zugleich biomimetische Eigenschaften aufweisen, wodurch eine verbesserte Adhäsion von Humanzellen (Osteoblasten) und/oder Proteinen und/oder Zellproliferation ermöglicht werden sollte. Dazu sollten dendritische Polymere über einen Knetprozess in Kunststoffe sowohl als Wirkstoffträger (Silber, Zink) als auch als effektive Linker zur Anbindung von Biomolekülen (PEG, RGD, Heparin) eingearbeitet werden.

Ergebnisse

Es konnten erfolgreich antimikrobiell wirksame dendritische Polymer-Zink bzw. Silber-haltige Compounds angefertigt werden. Auch eine Herstellung von Compounds und Masterbatchen mit z.T. erheblich höheren Konzentrationen, als sie sich im Extrusionsprozess realisieren ließen, konnten durch das Mischen in einem Auspress-Kneter verwirklicht werden. Der Einfluss der Prozessparameter (Temperatur / Verweilzeit / Atmosphäre) wurde eingehend untersucht um eine zu starke Materialveränderung der Polymerwerkstoffe zu vermeiden, da das Endmaterial ansonsten z.B. aufgrund von Degradationsprodukten zytotoxische Eigenschaften aufweisen könnte. Die Machbarkeit konnte für PP, PEBA und PA6.66 gezeigt werden. Die nachträgliche biomimetische Ausrüstung durch Dekoration der Oberflächen konnte für die o.g. Materialien an Spritzgussplatten demonstriert werden. Hierzu wurden zwei verschiedene AminoPEG-Typen sowie Heparin angewandt. Die Ergebnisse zeigen, dass die so modifizierten Teileoberflächen eine hohe Biokompatibilität aufweisen, sofern der eingesetzte Linker (1,5-Pentandial) vollständig umgesetzt wurde. Alternativ kann Genipin als Linker eingesetzt werden, welches generell selbst besser zytokompatibel ist. Betreffs der kovalenten Oberflächenmodifizierung der Compounds mit biomimetischen Molekülen und der Charakterisierung deren biologischen Eigenschaftspotenzials besteht noch weiterer Optimierungs- und Forschungsbedarf, z.B. bezüglich der Analyse der antithrombogenen Eigenschaften. Die Resultate des etablierten Zelladhäsionstest zeigten erste positive Effekte.

Insgesamt konnte in dem Forschungsprojekt ein neuer und vielversprechender Lösungsansatz mit dendritischen Polymeren als Wirkstoffträger und Ankergruppen für antibakterielle und biomimetische Polymerwerkstoffe aufgezeigt werden.

Anwendung

Kunststoffe mit antibakteriellen und biomimetischen Oberflächen sind v.a. für eine Vielzahl von Implantatanwendungen sehr interessant. Aber auch für Katheter und Schläuche mit z.B. antiinfektiven und antithrombogenen und/oder antiadhärenten Eigenschaften wäre ein solcher Lösungsansatz hoch interessant und ausbaubar.