Blutgerinnsel durch kleinste Materialmuster reduzieren

Medizintechnik 06. 10. 2020
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Materialwissenschaftler der Universität Jena helfen durch nanostrukturierte Materialoberflächen bei der Verbesserung von Implantaten

Wenn Blutgefäße stark geschädigt sind oder die Herzklappen nicht mehr richtig arbeiten, ist Ersatz notwendig. Allein in Deutschland werden daher pro Jahr etwa 190 000 Gefäß­prothesen und 30 000 ­Herzklappenersätze implantiert. Diese Lebensretter bestehen in der Regel aus Kunststoffen. Neben vielen Vorteilen haben diese Materialien einen wesentlichen Nachteil beim Kontakt mit Blut: Sie aktivieren häufig die Gerinnung, was dazu führen kann, dass sich auf ihrer Oberfläche Blutgerinnsel bilden. Lösen sich diese von den Materialoberflächen, kann es zu lebensbedrohlichen Komplikationen, wie Thrombosen oder Embolien, kommen. Daher müssen Patienten mit solchen Implantaten oft ein Leben lang Gerinnungshemmer einnehmen und leiden unter deren Nebenwirkungen.

Einen neuen Ansatz zur Lösung dieser Probleme haben jetzt Forschende der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt. Dazu schuf das Team um die Physikerin und Materialwissenschaftlerin Dr. Izabela Firkowska-
Boden besondere nanostrukturierte Poly­meroberflächen. Beim Abkühlen aus der Schmelze bilden sich unter den richtigen Bedingungen feinste hochgeordnete Oberflächenmuster aus Polymerkristallen auf diesen Materialien. Diese Kristalle sind nach Aussage von Firkowska-Boden nur wenige zehn Mil­liardstel Meter groß.

Das Besondere dabei ist: Diese geordneten Muster sind etwa genau so klein wie das ­Eiweißmolekül Fibrinogen, das ein wichtiger Faktor bei der Blutgerinnung ist. Durch diese Größenübereinstimmung und physikalische Kräfte richtet sich das Fibrinogen entlang der Muster aus. Werden Blutplättchen, sogenannte Thrombozyten, die ebenfalls wichtig bei der Blutgerinnung sind, mit den mit Fibrinogen behandelten Polymermustern in Kontakt gebracht, verändern sich diese. Die Änderungen der Blutplättchen sind stark von der Struktur der Polymermuster abhängig und lassen sich durch diese beeinflussen, erklärt die Jenaer Wissenschaftlerin. Während die Blutplättchen sich auf einem Polymermuster stark verändern und ihr Potenzial für die Blutgerinnung steigern, reagieren diese Blutplättchen auf anderen Polymermustern kaum, wie Firkowska-Bodens Team jetzt herausfand.

Aus biomedizinischer Sicht zeigt die Arbeit, dass die Strukturierung der Materialoberflächen in einem nanoskaligen ­Größenbereich einen Feinabstimmungsmechanismus zur Manipulation der Fibrinogen-Bioaktivität und Blutplättchenaktivierung bieten kann, der vielversprechend für das Design von neuen thromboresistenten Oberflächen von Biomaterialien ist. Damit wäre ein wichtiger Schritt getan, Implantatmaterialien aus Polymeren in Zukunft weniger anfällig für die Bildung von Blutgerinnseln zu machen.

Die Forschungsergebnisse sind in der amerikanischen Fachzeitschrift Langmuir erschienen

Kontakt:

Dr. Izabela Firkowska-Boden,
E-Mail: izabela.firkowska-boden[at]uni-jena.de

Originalpublikation:

I. Firkowska-Boden, Chr. Helbing, Th. J. Dauben, M. Pieper, K. D. Jandt: How Nanotopography-Induced Conformational Changes of Fibrinogen Affect Platelet Adhesion and Activation, Langmuir 2020; https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.0c02094).

Text zum Titelbild: Dr. Izabela Firkowska-Boden vor Bildschirmen, die nanostrukturierte Oberflächen und Thrombozyten zeigen (Bild: Anne Günther/Universität Jena)

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