Biotechnik

Flexible Werkstoffe

In den letzten Jahren befasste sich KET zunehmend mit
Anwendungen von Silikonmaterialien im biotechnologischen Bereich. Gemeinsam mit Forschungspartnern arbeitete KET im Zeitraum vom 01.09.04 – 31.08.07 an einem Projekt  zur Entwicklung und Modifizierung medizinischer Elastomerprodukte bei optimaler Zellverträglichkeit. Ziel des Projektes war für KET die Identifizierung biokompatibler, flexibler und transparenter Silikone, deren Untersuchung auf Besiedelungsverhalten und Zellverträglichkeit als auch deren Testung für ausgewählte medizintechnische und biotechnologische Anwendungen.

Es gelang erstmals, Silikon-Oberflächen mit zelltypspezifischen Oberflächen auszustatten. 
Je nach Anforderungsprofil kann KET die Funktionalisierung mit unterschiedlichen Methoden und Verfahren realisieren.

KET ist  verfahrens- und gerätetechnisch in der Lage, medizinische Produkte für Anwendungen im biomedizinischen- und gefäßchirurgischen Bereich biokompatibel mit optimalen funktionellen Schichten zu versehen. 

Neue Entwicklung auf dem Gebiet der Biotechnologie

Gemeinsam mit Forschungspartnern arbeitete KET im Zeitraum vom 01.09.04 - 31.08.07 an einem Projekt zur Entwicklung und Modifizierung medizinischer Elastomerprodukte bei optimaler Zellverträglichkeit.
Im folgenden werden die wesentlichen Ergebnisse zusammengefasst.

Aufgabenstellung:

Ziel des Projektes war für KET die Identifizierung biokompatibler, flexibler und transparenter Silikone, deren Untersuchung auf Besiedelungsverhalten und Zellver-träglichkeit als auch deren Testung für ausgewählte medizintechnische und bio- technologische Anwendungen.

Verbundpartner:

Innovationsbeschreibung, wiss./techn. Vorhabenserfolg
Die erzielten Ergebnisse stellen einen Meilenstein im Bereich der Oberflächen-funktionalisierungen dar, da es erstmals gelang, Silikon-Oberflächen mit zelltyp-spezifischen Oberflächen auszustatten.

War die Entwicklungsrichtung zu Projektbeginn schwerpunktmäßig auf Gefäße und Implantate fixiert, so wurde im Laufe der Themenbearbeitung, die Zielrichtung auf

erweitert. Während der Projektarbeit wurde eine Reihe von Tests etabliert und optimiert, die es zulassen, Aussagen über die Funktionsfähigkeit von humanen Monozyten in Abhängigkeit von den sie umgebenen Kunststoffmaterialien zu treffen. Aufgrund dieser Aussagen ist es möglich, die Materialien bezüglich ihrer biokompatiblen Eigenschaften einzustufen. Vorausgesetzt, die Kunststoffe lassen sich in die Messsysteme einbringen, die zum Erstellen der Messdaten an Monozyten notwendig sind, erweist sich der Monozyt als optimale biologische Messkomponente.

Je nach Anforderungsprofil kann KET die Funktionalisierung mit unterschiedlichen Methoden und Verfahren realisieren.

Während der Einsatz von getesteten medizinischen Silikonen ohne Vorbehandlung in keinem Fall toxischen Verhalten zeigte, wurde aufgrund der vorhanden hydrophoben Eigenschaften eine Besiedelung mit humanen Zellen nicht, bzw. nur in Clustern möglich.

Untersuchungen zur chemischen Oberflächenfunktionalisierung von kommerziellen (form-stabilen) Polysiloxan-Materialien mit reaktiven Gruppen (Säureanhydrid, Oxiran), die über einen weitergehenden Modifizierungsschritt zu hydrophilen Oberflächenfunktionen (-OH, -COOH, -NH2) umgewandelt wurden, erbrachten erste positiven Ergebnisse.
Es konnte ein Zusammenhang zwischen Hydrophilie und Besiedelbarkeit nachgewiesen werden.

Durch energiereiche Strahlenbehandlung (Elektronenbestrahlung 10 MeV, Dosis-leistungen 25 - 135 kGy) konnten mechanische, biologische und thermische Eigen-schaftsänderungen nachgewiesen werden. Ansätze für eine Verbesserung des Be-siedelungsverhaltens durch den Einsatz von Bestrahlungstechnologien konnten erarbeitet werden.

Beste Ergebnisse zur Verbesserung der Besiedelbarkeit konnten durch Modifizierungen mit unterschiedlichen Plasmen erzielt werden. Die Steuerung der Oberflächen-eigenschaften wird durch unterschiedliche Prozessparameter möglich und eröffnet ein weites Anwendungsgebiet im Biotechnologiebereich und bei medizinischen in vitro Forschungen. Als ein Beispiel kann die folgende Modifikation eines plasmabehandelten RTV-Silikons gelten:

Biokompatibilität / Zellverhalten:

Endothelzellen:

Humane Monozythen / Makrophagen:

Metabolische Aktivität: - leichte Abnahme
Apoptoserate: - kein Einfluss
Nekroserate: - kein Einfluss
TNFa-Freisetzung: - Hemmung
TNFa -mRNA: - Hemmung
Expression von Oberflächenantigenen: - kein Einfluss
Sauerstoffradikalbildung: - Hemmung
b-Catenin: - kein Einfluss
Phagozytose: - kein Einfluss

Die eingesetzten Testsysteme beinhalteten ein weites Spektrum an biologischen Funktionstests und erwiesen sich als geeignet, um Tierversuche einzusparen und schnell reproduzierbare Aussagen über die Biokompatibilität von Kunststoffmaterialien zu erhalten.

Nutzen für Anwender / Kunden:

Die Ergebnisse gestatten die Anpassung einer Kunststoffoberfläche an unterschiedliche Zelltypen und erlauben somit die Steuerung des Wachstumsverhaltens und der Stoff-wechselproduktion adhärenter Zellen.

Stand der Vermarktung der Projektergebnisse

Gegenwärtig arbeiten die Projektpartner an der Entwicklung von Bioreaktoren für ausgewählte Zelllinien. Neben der Zusammenarbeit mit Forschungsgruppen, soll zukünftig an der Umsetzung der Entwicklungsergebnisse mit Industrie-Unternehmen der Medizintechnikbranche und des Biotechnologiebereiches gearbeitet werden.

KET sucht deshalb den Kontakt zu Nutzern funktionalisierter Silikonoberflächen. Sprechen Sie uns an!