Verbesserung der Grenzflächenverträglichkeit von Titanlegierungen durch Immobilisierung mit bioaktiven Wirkstoffen

• Applicant: Professor Dr. Hartwig Höcker
• Subject Area: Materials Engineering
• Term: from 2000 to 2004
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 5262890

Für die Wechselwirkung eines implantierten Biomaterials mit dem Organismus sind neben den Bulk-Eigenschaften die Oberflächeneigenschaften von entscheidender Bedeutung. Unmittelbar nach der Implantation erfolgt die Adsorption von Proteinen auf der Materialoberfläche. Die Konformation der am Implantat adsorbierten Proteine spielt für dessen Biokompatibilität eine besondere Rolle, da durch die Konformation der Wachstums- und Extrazellulärmatrix (ECM)-Proteine die Zelladhäsion und Zellausbreitung auf der Oberfläche entscheidend beeinflusst wird. Zur Optimierung der Grenzflächenverträglichkeit der Standardtitanlegierung TiA16V4 werden folglich in der ECM vorkommende Proteine (Fibronektin, Laminin) und Peptide, die den funktionellen Domänen entsprechen (z.B. RGD-Peptide) als bioaktive Wirkstoffe immobilisiert. Zusätzlich wird die Immobilisierung von Wachstumsfaktoren (z.B. rhBMP-2), die an der Stimulation der Zellteilung beteiligt sind, und von anti-inflammatorischen Mediatoren (wie z.B. Interleukin 11) untersucht. Zur kovalenten Anbindung der Wirkstoffe an die Oberfläche der Titanlegierung werden geeignete funktionelle Gruppen durch das Chemical Vapour Deposition (CVD)-Polymerisationsverfahren unter Einsatz funktioneller Monomerer an der Metalloberfläche kontrolliert erzeugt. Die modifizierten Oberflächen der Titanlegierung, insbesondere die Konformation der gebundenen Wirkstoffe werden durch Anwendung oberflächensensitiver Analytikmethoden wie Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Atomic-Force-Mikroskopie (AFM), Surface-MALDI-TOF-MS und Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) charakterisiert. Das Verständnis der Wechselwirkungen von Proteinen und der Titanoberfläche ist zur Optimierung der Oberflächenmodifizierung essentiell. Der interdisziplinäre Verbund von Antragstellern und Kooperationspartnern ist die Voraussetzung für die Durchführung der beschriebenen innovativen Strategie, durch Funktionalisierung und Wirkstoffimmobilisierung eine "bioaktive Titanoberfläche" herzustellen, die den Anforderungen im Hartgewebekontakt optimal angepasst ist.

• DFG Programme: Priority Programmes
• Subproject of: SPP 1100: Interface between Biomaterial and Biosystem
• Participating Persons: Professorin Dr. Doris Klee; Dr. Christopher Niedhart