Hüftimplantaten aus Titan haben eine begrenzte Lebensdauer, da sie sich im Laufe der Zeit lockern und ihren Halt verlieren können. Ein druckbarer Gewebekleber nach dem Vorbild der Miesmuschel könnte hier Abhilfe schaffen.
Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung IAP, des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB und des Fraunhofer USA Center for Manufacturing Innovation CMI haben den biomimetischen Gewebekleber entwickelt. Der neuartige Klebstoff kann auf die Titanoberfläche von Implantaten aufgebracht werden und stellt eine Verbindung zum Knochen her, indem er die haftenden Eigenschaften von Miesmuscheln nachahmt.
Miesmuschelprinzip für bessere Haltbarkeit von Hüftimplantaten
Denn der Klebstoff basiert auf dem Protein DOPA, das in Miesmuscheln für deren starke Haftung verantwortlich ist. Dieses Prinzip wurde auf den Klebstoff übertragen. Dazu wurden indem Polymere synthetisiert, die den Baustein Dopamin enthalten, ein chemisches Analogon von DOPA. Diese spezielle Beschichtung macht das Implantat für den Körper natürlicher, fördert die Heilung und Integration des Implantats und besitzt antimikrobielle Eigenschaften. „Der dopaminbasierte Klebstoff lässt sich mit verschiedenen Additiven, wie Apatit-Partikeln – eine Substanz, aus der Zähne bestehen –, Proteinen und Signalmolekülen versetzen. Diese fördern das Wachstum von Knochenzellen und können als Beschichtungsmaterial etwa für Titanimplantate verwendet werden“, sagt Dr. Wolfdietrich Meyer, Wissenschaftler am Fraunhofer IAP. Die spezielle Beschichtung lasse das Implantat für den Körper natürlicher erscheinen.
Die dopaminbasierten Polymere sollen sich nicht nur für Gewebeklebstoffe, sondern auch für die Entwicklung funktionalisierter Oberflächen, antibakterieller Materialien und intelligenter Beschichtungen mit speziellen Funktionen eignen.
Maßgeschneiderte Implantate
Durch chemische Synthese lässt sich die Funktionalität des Klebers erweitern. Er lässt sich derart modifizieren, dass er auf Licht reagiert. Wird er mit UV-Licht bestrahlt, so härtet er aus. Dabei verstärkt sich seine haftende Wirkung. Photoreaktive Materialien lassen sich im 3D-Druck in Gegenwart von UV-Strahlung verarbeiten. Auf diese Weise können den Forschenden zufolge komplexe Strukturen für maßgeschneiderte medizinische Implantate aufgebaut werden.
Hüftimplantate: Forscher suchen nach Schaltknopf für den Kleber
Druckbar wird der Klebstoff durch Vernetzung der Polymere. „Wir haben quasi das Druckmaterial für den 3D-Druck entwickelt“, so Meyer. Am Fraunhofer Center for Manufacturing Innovation CMI in Boston, USA, wurde das Material mithilfe eines Bioprinters auf einen dreidimensionalen Titaniumshaft eines Hüftgelenks aufgebracht.
Nun wollen die Forschenden an Lösungen arbeiten, um den Kleber schaltbar machen zu können. Aus gutem Grund, wie Chemiker Meyer erklärt: „Hat der Chirurg den medizinischen Klebstoff beispielsweise geringfügig falsch platziert, muss er diesen Fehler schnell korrigieren und die klebende Wirkung deaktivieren können.“