Albuminbasierte Beschichtungen

Albuminbasierte Beschichtung beschleunigt Anwachsen von Stammzellen an Titanimplantate

Es ist bekannt, dass Albuminbeschichtungen die Adhäsion von Bakterien an Kunststoff- oder Metalloberflächen stark reduzieren [1]. Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »Theranostische Implantate« hat das Fraunhofer IGB nun gezeigt, dass Beschichtungen aus vernetztem Albumin auch das Anwachsen von Stammzellen an Oberflächen aus Ti6Al4V beschleunigen, einer in der Medizintechnik häufig eingesetzten Titanlegierung.

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Hüftimplantat aus Titan.

© Fraunhofer IGB

Mesenchymale Stammzellen (rot) auf Albumin­beschichtung (grünlich fluoreszierend) und unbeschichtetem Ti6Al4V (schwarz) nach einer Minute.

Bereits nach einer Minute adhärierten erste mesenchymale Stammzellen (engl. Mesenchymal Stem Cells, MSC, aus Knochenmarkaspiraten) auf den beschichteten Oberflächen (Abb. 2). An unbeschichtetem Ti6Al4V konnten zu diesem frühen Zeitpunkt keine adhärenten Zellen nachgewiesen werden. Nach 30 Minuten war die Zellzahl auf den Oberflächen ähnlich, wobei auf vernetztem Albumin häufig eine deutlich stärkere Ausspreitung der Zellen und damit eine höhere Oberflächenbelegung beobachtet wurde. Der Effekt war robust und wurde sowohl auf Ti6Al4V-Blechen mit unterschiedlichen Rauigkeiten nachgewiesen als auch auf Substraten, die mittels Laserschmelzen unter Verwendung von Pulvern unterschiedlicher Qualitäten erzeugt wurden. Die vernetzte Albuminschicht konnte mit gängigen Sterilisationsmethoden (Gamma-Strahlung, Elektronenstrahl) ohne Funktionsverlust sterilisiert werden.

Nach der Implantation von Prothesen in Knochengewebe können schwere Infektionen auftreten. Sie werden durch Bakterien verursacht, die bereits im Verlauf der Operation an die Implantatoberfläche gelangen. Die Funktionalisierung der Oberfläche von Ti6Al4V-Legierungen mit vernetztem Albumin kann den vielzitierten »Wettlauf an die Oberfläche« – den Wettbewerb von Mikroorganismen und Gewebezellen um die Besiedelung von Oberflächen – substanziell zugunsten von MSC verschieben. Gerne bringen wir die entwickelten Beschichtungen in weiterführende Studien für Medizintechnikunternehmen ein.

Literatur

[1] An, Y.; Blair, B.; Martin, K.; Friedman, R. (2000) Handbook of bacterial adhesion - principles, methods, and applications. Springer Science+Business Media New York: 609-625