Einsatzpotenzial für Biopolymere

Auszug aus dem Journal konTEXTIL
Bayern Innovativ GmbH, 04. September 2013

Biopolymere werden bereits mit großem Erfolg für Implantate, in der Wundbehandlung und Regenerativen Medizin eingesetzt. Sie bieten das Potenzial zur Entwicklung weiterer innovativer Therapie- und Behandlungsmöglichkeiten: z. B. für die Vermeidung von Infektionen bei invasiven Implantaten, die therapeutische Behandlung tiefer Wunden, die Vaskularisierung bei großen Knochendefekten, die Nervenregeneration oder mitwachsende Herzklappen.

 

„Für belastbare Hydrogele und intraoperativ anpassbare Keramiken besteht z. B. ein Bedarf, der nicht kurzfristig befriedigt werden kann. Die Kombination mit Textilien aus biobasierten Polymeren kann hier Lösungen schaffen", so Dr. Martin Dauner, ITV Denkendorf. Das eigentliche Tissue Engineering im Zellkulturlabor verliert seiner Ansicht nach aufgrund des enormen Aufwandes und der vergleichsweise bescheidenen Erfolge an Bedeutung gegenüber den Strategien der Regenerationsmedizin. Derzeit stehen die Entwicklung von biohybriden Blutgefäßen und Herzklappen, einer Nervenleitschiene sowie neue Wege der Wundbehandlung im Fokus der Arbeiten am ITV Denkendorf. Zwei heute im Medizinumfeld eingesetzte Biopolymere sind u. a. die hydrolytisch abbaubaren Polymere Polyglykolsäure (PGA) und die Gruppe der Polylactide (PLA) mit einer ganzen Reihe von Copolymeren. Darauf basierende Fasern werden aus synthetischen Polymeren produziert, wenngleich ihre Monomere naturidentische Rohstoffe sind und als Abbauprodukte vom Stoffwechsel des Körpers gut verarbeitet werden.

PGA ist für Nahtmaterialien, Netze, Bänder oder auch als Zellträger heute der führende Werkstoff. Im Forschungsstadium befindet sich PGA für den technischen Einsatz auf Basis fermentativ erzeugter Monomere1. PLA ist bereits seit geraumer Zeit industriell verfügbar - die Produktion erfolgt aus Milchsäure, die aus stärke- oder zuckerhaltigen Pflanzen über ein Extraktionsverfahren mit anschließender Fermentation gewonnen werden kann. Für den medizinischen Einsatz muss das Lactid steril filtriert werden - damit und mit der Synthese in vergleichsweise geringen Mengen erhöht sich der Preis um drei Größenordnungen. Bisher erfüllt PLA nicht die hohen Erwartungen als Implantatmaterial. Es wird heute vor allem für Schrauben, Platten und Pins verwendet - neuerdings auch als Monofile in geflochtenen Stents. „Zu lange Degradationszeiten und geringe Querfestigkeit limitieren bisher die Anwendungen", erklärt Dauner. Das ITV Denkendorf arbeitet derzeit an Copolymeren mit angepassten Eigenschaften.

Vielfältige neue Medizinprodukte werden speziell mit der Weiterentwicklung der Spinnenseide erwartet: Sie verfügt über eine hohe Reißfestigkeit bei gleichzeitig hoher Dehnbarkeit und ist recyclebar, hypoallergen sowie entzündungshemmend. Jüngst wurde ein großer Fortschritt in der synthetischen Herstellung gemacht: Das Unternehmen AMSilk hat einen weltweit einzigartigen Prozess zur Faserproduktion aus rekombinant hergestellten Spinnenseidenproteinen entwickelt. „Gegenwärtig erlaubt die Technologie eine biotechnologische Produktion der nicht versponnenen Rohseide bis in den Tonnenmaßstab", erläutert Prof. Dr. Thomas Scheibel, Lehrstuhl für Biomaterialien, Universität Bayreuth. Der Faserspinnprozess wird ab Mai 2013 skaliert, um auch entsprechende Mengen an Seidenfasern herzustellen. Der Skalierungsprozess ist sehr komplex; die Markteinführung wird noch einige Zeit in Anspruch nehmen.

Einsatzmöglichkeiten werden insbesondere für moderne Wundprodukte (Vliese/Gewebe), aber auch als Wirkstoffträger (funktionalisierte Mikrokugeln und -kapseln) oder Zellträgersysteme im Bereich des Tissue Engineerings (Schäume oder Hydrogele) gesehen. Die Spinnenseide bietet Potenzial für eine maßgeschneiderte Oberflächengestaltung; die Haftungs- und Proliferationseigenschaften der Zellen sind stark vom Faserdurchmesser abhängig. Über gentechnische oder chemische Modifikation der Seidenproteine sind darüber hinaus spezifische Eigenschaften einstellbar: Zelladhäsion und Proliferation können z. B. durch die Verankerung von speziellen Aminosäure-Gruppen gesteuert werden. Damit sind Wundprodukte vorstellbar, die die Kollagensynthese und Angiogenese stimulieren und somit den Heilungsprozess unterstützen. Ein großes Anwendungspotenzial sieht Scheibel für die Haut- (z. B. nach Brandverletzungen) oder die Nervenregeneration. Sein Lehrstuhl beschäftigt sich seit geraumer Zeit intensiv mit der Geweberegeneration und wird diese Aktivitäten zukünftig ausbauen.

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