Funktionale Implantatoberflächen

REM-Aufnahmen einer periodisch strukturierten Titanoberfläche mit Strukturbreiten von 2,5 µm
© Fraunhofer IWS Dresden
REM-Aufnahmen einer periodisch strukturierten Titanoberfläche mit Strukturbreiten von 2,5 µm
Fluoreszenzaufnahmen markierter hMC-Stammzellen nach (a) 24 h und (b) 3 Tagen Besiedlungszeit auf linienstrukturiertem Titan
© Fraunhofer IWS Dresden
Fluoreszenzaufnahmen markierter hMC-Stammzellen nach (a) 24 h und (b) 3 Tagen Besiedlungszeit auf linienstrukturiertem Titan

Am Fraunhofer IWS werden Implantatmaterialien mittels Direkter Laserinterferenz (DLIP) mit Mikro- und Submikrometerstrukturen ausgestattet. Ziel dieser Forschung ist es, die Interaktion zwischen Implantat und biologischem System zu verbessern, um die Wundheilung nach dem Einsatz im Körper zu beschleunigen sowie die Funktion der künstlichen Komponenten zu erhöhen.

Dazu wurde bereits Titan als typisches Implantatmaterial mit periodischen Mikrolinien unter Anwendung der Zweistrahlinterferenz ausgestattet. Die Periodizität variierte dabei zwischen 3 und 20 µm, wobei lediglich der Überlagerungswinkel zwischen den beiden Laserstrahlen verändert wurde. Anschließend erfolgte die Besiedelung der gereinigten und sterilisierten Oberflächen mit humanen mesenchymalen Stammzellen (hMC) am Max Bergmann Zentrum für Biomaterialien der TU Dresden.

Nach 24 h zeigte sich bereits ein richtungsabhängiges Wachstum der Zellen. Bis zu 65 % der ausgesäten Zellen orientierten sich sehr stark an den Mikrolinien. Diese Tendenz blieb über mehrere Tage des Zellwachstums (Proliferation) erhalten, sodass von sogenanntem Cell guidance, ausgelöst durch die Topographie, gesprochen werden kann. Auf diese Art funktionalisierte Implantate werden leichter vom Patientenkörper akzeptiert und integriert.

Des Weiteren können mit der DLIP-Technologie komplexe Bauteilgeometrien bearbeitet werden. Damit ist es möglich, Endoprothesen wie Dentalimplantate, Hüft- oder Kniegelenke mit funktionellen Topographien auszustatten.