Für seine Arbeiten zu Implantatmaterialien, die neue Wege in der Medizin eröffnen sollen, ist der Würzburger Wissenschaftler Prof. Jürgen Groll mit dem EU-Forschungspreis ausgezeichnet worden. In den kommenden fünf Jahren stehen ihm rund 2 Mio. Euro zur Verfügung.
Weiß, fast durchscheinend und von der Struktur ein wenig an eine einlagige Mullkompresse erinnernd: Ziemlich unscheinbar kommt sie daher, die neueste Entwicklung aus den Labors von Prof. Jürgen Groll. Doch die Erwartungen, die Wissenschaft, Politik und Industrie in die Verträglichkeit des Produktes setzen, sind groß. So groß, dass der EU-Forschungsrat Jürgen Groll jetzt einen so genannten ERC Consolidator Grant zugesprochen hat. Groll, Inhaber des Lehrstuhls Funktionswerkstoffe in der Medizin und Zahnheilkunde, erhält damit rund 2 Mio. Euro in den kommenden fünf Jahren. Mit dem Geld soll er erforschen, ob das Gewebe die Hoffnungen tatsächlich erfüllen kann, die man in es setzt.
„Jedes künstliche Material, das in einen menschlichen Körper eingesetzt wird, versetzt zunächst das Immunsystem in Alarmbereitschaft“, schildert Groll das Problem, das seiner Forschung zu Grunde liegt. Eine Entzündungsreaktion komme in Gang, die oft nach Tagen wieder abklinge, jedoch nur schwer zu kontrollieren sei. Manchmal verlaufe sie so heftig, dass eine Abstoßungsreaktion erfolge. Dann muss das Implantat so schnell wie möglich wieder entfernt werden. Häufiger toleriert der Körper das Material, bildet aber eine ebenfalls nicht erwünschte Bindegewebskapsel darum herum. „Was wir brauchen, ist ein Material, das vom Körper nicht nur toleriert wird. Es sollten sich möglichst auch körpereigene Zellen darin ansiedeln, so dass im Laufe der Zeit neues Gewebe entsteht“, sagt Groll. Gesucht sind Biomaterialien, die Heilungsprozesse in Gang setzen können und zusätzlich die Integration des Implantats in den Körper unterstützen. Das neue Forschungsprojekt, das unter dem Namen Design2Heal läuft, arbeitet an Implantaten, die beide Prozesse fördern.
Schon in der Vergangenheit haben Groll und seine Mitarbeiter aus biokompatiblen Polymeren feinste Fäden produziert und damit Netze gesponnen, die als Implantate Verwendung fanden. Die unerwünschten Reaktionen des Immunsystems konnten sie damit allerdings nicht vollständig unterdrücken. Inzwischen legen neueste Forschungsergebnisse den Schluss nahe, dass die Gestalt und Geometrie des Materials für diese Reaktion ausschlaggebend sind: „Jüngste Studien zeigen, dass hochgeordnete Strukturen mit Poren, die zwischen 30 und 60 Mikrometern groß sind, sehr viel seltener eine starke Entzündungsreaktion und Kapselbildung hervorrufen“, sagt Groll. Im Gegenteil: Die in diesem Zusammenhang maßgeblichen Immunzellen, die sogenannten Makrophagen, geben sogar beruhigende Signale; der Körper startet in der Folge den Heilungsprozess, neue Blutgefäße wachsen in das Implantat hinein. Warum das so ist, können die Wissenschaftler bislang nicht erklären.
In seinen Labors wird Groll in den kommenden fünf Jahren Implantate herstellen, die die gewünschten Eigenschaften besitzen. Mit Hilfe einer neuen Technik, die einzigartig in Europa ist, „spinnt“ er feine Netze, deren Poren die erforderliche Größe besitzen. Gleichzeitig trägt er auf deren Oberfläche spezielle Substanzen auf, die im Körper gezielt Zellen – beispielsweise Stammzellen – anlocken und ihnen einen Anker zum Andocken bieten. Auf diese Weise wächst im Körper neues Gewebe heran, während das Implantat nach und nach wieder abgebaut wird.
Melt Electrospinning Writing – kurz MEW – heißt die Technik dafür. Das Prinzip ähnelt einem Tintenstrahldrucker, es wird dabei eine Flüssigkeit durch eine Düse auf einem Träger verteilt. Nur dass es sich in diesem Fall bei der Flüssigkeit um eine Polymerschmelze handelt, die Düse extrem fein ist und zwischen der Düse und einer gegenüberliegenden Elektrode eine hohe Spannung liegt. Durch die Spannung wird die Schmelze zu einem feinen Strahl gedehnt. Da sich der Tisch, auf dem der Strahl landet, computergesteuert bewegt, können die Wissenschaftler jedes gewünschte Muster zeichnen. „Wir sind damit sogar in der Lage, kleine, röhrenartige Strukturen zu erzeugen, die beispielsweise in der Gefäßchirurgie von Interesse sein könnten“, sagt Groll. Die Polymere, die in Würzburg verwendet werden, sind abbaubar und für die Anwendung in der Medizin zugelassen. Einer raschen klinischen Verwendung steht zumindest von dieser Seite nichts im Weg.
Die Einsatzmöglichkeiten für das neue Material sind nach Grolls Worten vielfältig. Im Prinzip könnte es die Oberfläche eines jeden Implantats überziehen und so die gefürchtete Abstoßungsreaktion möglicherweise verhindern. Es könnte aber auch selbst als Implantat Verwendung finden, beispielsweise als Netz, das einen Leistenbruch schließt, und die Bildung von neuem, körpereigenem Gewebe anstößt.
Die konkrete Umsetzung in ein Medizinprodukt steht allerdings nicht im Fokus des Forschungsprojekts. „Wir betreiben Grundlagenforschung und arbeiten an den generellen Prinzipien“, sagt Groll. Wohin die Ergebnisse führen, ist offen. „Vielleicht eröffnen wir damit ja ganz neue Wege, an die bisher noch keiner gedacht hat.“
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