Biomimetische Ansätze zur Entwicklung von Biomaterialien Innovation inspiriert durch die Natur

Biomimetik umfasst das Studium der Struktur und Funktion biologischer Systeme, um als Modell für den Entwurf und die Konstruktion von Materialien und Maschinen zu dienen. (Karma M, et al. 2010)

Schnittmengengrafik Biomimetik

Wir wenden biomimetische Prinzipien an, um neuartige bioaktive Materialien zu entwickeln. Dabei konzentrieren wir uns auf biofunktionale Oberflächen, Schnittstellen mit biologischem Gewebe und Strukturen, die eine gewünschte biologische Reaktion aktiv stimulieren oder fördern, ohne dass pharmakologisch aktive Inhaltsstoffe erforderlich sind.

Die Materialeigenschaften von implantierbaren Medizinprodukten sind entscheidend, um die Integration in das umliegende Gewebe zu gewährleisten und die Heilung zu fördern. Diese Eigenschaften lassen sich in Makrostruktur, Mikrostruktur und Oberflächeneigenschaften unterteilen und bestimmen massgeblich das regenerative Potential.

Schraube

Makrostrukturelle Eigenschaften

Makrostrukturelle Eigenschaften umfassen die physische Form, Struktur und das Design von Medizinprodukten, einschließlich Geometrie, Porosität und mechanischen Eigenschaften wie Steifigkeit und Elastizität. Zum Beispiel gilt eine Porengröße von 100–400 μm bei Knochenimplantaten als optimal, da sie die Zellmigration und -proliferation fördert.

Makrostruktur

Mikrostrukturelle Eigenschaften

Mikrostrukturelle Eigenschaften umfassen die Organisation und das Verhalten von Materialkomponenten auf mikroskopischer Ebene und beeinflussen Zelladhäsion, Gewebeintegration, Verschleißfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit. Dazu gehören Merkmale wie Mikrorauigkeit, Oberflächenstrukturierung und Nanotopographie. Bei kardiovaskulären Implantaten beeinflusst die Nanotopographie die Proteinadhäsion und Zellinteraktionen, was zur Verringerung des Thrombose- und Infektionsrisikos beiträgt.

Oberflächeneigenschaften

Oberflächeneigenschaften sind entscheidend für die Wechselwirkungen zwischen Medizinprodukt und Gewebe und umfassen Oberflächenchemie, Beschichtung, Biokompatibilität und Abbauverhalten. Attribute wie Hydrophilie, Oberflächenladung und spezifische funktionelle Gruppen beeinflussen die Zelladhäsion und Bioaktivität. Calciumphosphatbeschichtungen fördern beispielsweise die Osteointegration. Durch Kontrolle der Oberflächenzusammensetzung und Mikrostruktur können Löslichkeit und Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in physiologischen Umgebungen, gezielt angepasst werden. Materialien müssen eine hohe Biokompatibilität aufweisen und je nach Anforderung bioabbaubar oder beständig sein.