Entwicklung neuer Implantate Hydrogel beeinflusst Zellverhalten - medizin&technik - Ingenieurwissen für die Medizintechnik

Entwicklung neuer Implantate

Hydrogel beeinflusst Zellverhalten

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Das softe Hydrogel könnte zum Beispiel als Implantat in der regenerativen Medizin eingesetzt werden (Bild: Christine Arndt)
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Ein neu entwickeltes Material soll geschädigtes Gewebe erneuern. Es ähnelt in seinem Aufbau und seiner Konsistenz der natürlichen Umgebung von Zellen und könnte sie zum Wachsen anregen. Das Material soll nun zur Marktreife gebracht werden.

Wie sich die Zellen des menschlichen Körpers verhalten, hängt auch von ihrer Umgebung ab. Über Rezeptoren an ihrer Oberfläche erkennen sie äußere mechanische Reize wie die Berührung anderer Zellen oder Oberflächen. Diese Informationen wandeln Zellen in biologische Prozesse um und beginnen, sich zu teilen, zu differenzieren oder zu wandern.

Christine Selhuber-Unkel, Professorin für Biokompatible Nanomaterialien am Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität (CAU) in Kiel , hat mit ihrer Arbeitsgruppe ein Material entwickelt, mit dem sie diesen zellulären Mechanismus imitieren kann. Mit seiner Hilfe lässt sich das Verhalten von Zellen gezielt beeinflussen. „Dank seiner Ähnlichkeit mit der natürlichen Zellumgebung könnte das Material als Implantat in der regenerativen Medizin oder zur Lagerung von Zellen für die Stammzelltherapie genutzt werden“, so die Materialwissenschaftlerin von der CAU.

Gezielter Einfluss auf einzelne Zellen

Das Besondere an dem neuen Material sind die miteinander verbundenen Hohlkanäle in seinem Inneren: Nur wenige Mikrometer breit durchziehen sie das weiche Hydrogel wie ein System feiner Gänge. Dieser Aufbau ähnelt dem Gerüst aus Proteinen, das Zellen im menschlichen Körper umgibt. Zellen, die in den Kanälen des Hydrogels platziert werden, reagieren über ihre Oberfläche auf das sie umgebende Material. „Der große Vorteil ist, dass wir die Größe und Anordnung der Kanäle bei der Herstellung des Materials genau festlegen können. So nehmen wir gezielt Einfluss auf das Reaktionsverhalten der Zelle und regen sie zum Beispiel zum Wachsen an“, sagt Selhuber-Unkel.

Die Wirksamkeit des Materials wird noch verstärkt durch seine Dreidimensionalität. Denn in den feinen Kanälen sind die Zellen rundherum von dem Hydrogel umgeben. Auf diese Weise kommt es mit etwa 80 % der Zelloberfläche in Kontakt, während es in flacher Form nur 50 % berühren würde. „Mehr Kontakt bedeutet mehr Kontrolle“, erklärt Selhuber-Unkel.

Biokompatibler Prototyp in Arbeit

Mit der nun erhaltenen Förderung des Europäischen Forschungsrates in Form eines so genannten Proof-of-Concept-Grant in Höhe von rund 150 000 Euro, will Selhuber-Unkel das Material jetzt zur Marktreife bringen. „Im Austausch mit potenziellen Kunden wollen wir es anhand konkreter Anforderungen weiterentwickeln. Dafür sind wir eng vernetzt mit verschiedenen Ausgründungen der CAU und werden Kontakt zu weiteren Firmen aufnehmen“, kündigt Selhuber-Unkel an. Am Ende des Projektes soll ein biokompatibler Prototyp stehen, der sich kostengünstig für verschiedene Anwendungen produzieren lässt.

www.kinsis.uni-kiel.de

https://erc.europa.eu/funding/proof-concept

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