Textilien für den Einsatz im menschlichen Körper

Eine menschliche Muskelzelle wächst auf einem Vlies aus mikrometerdünnen Polymerfasern. So kann die Kunstmembran biologisch getarnt werden und wirkt fürs Immunsystem wie ein normales Blutgefäß. (Foto: Empa)

Forscher und die Industrie bündeln ihre Kompetenzen: Sie wollen durch neue Ansätze und Wissenstransfer die Entwicklung von biomedizinischen Textilien  fördern und sie schneller auf den Markt bringen.

Gegründet wurde die Forschungsinitiative „SUBITEX  – Sustainable Biomedicine Textiles“ von der Empa (Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt) und Swiss Textiles, dem Textilverband Schweiz. Denn Textilien eignen sich besonders gut für den Einsatz am und im menschlichen Körper. So sollen sich zum Beispiel ganze Organe oder Teile davon aus Textilien nachbilden lassen. Aktuelles Beispiel dafür ist ein Großprojekt „Zurich Heart“: Hier entwickeln Empa-Forscher unter dem Dach der Hochschulmedizin Zürich gemeinsam mit dem Universitätsspital, der Universität und der ETH Zürich eine künstliche Herzpumpe. Sie wird ein Vliestextil mit einer Schicht aus Herzmuskelzellen besitzen, die vom Blut nicht mehr als Fremdkörper wahrgenommen wird. „Man muss Abschied nehmen von der Idee, dass es sich bei Textilentwicklung um Baumwoll-T-Shirts dreht“, sagt René Rossi, Projektleiter von Subitex und Leiter der Empa-Abteilung „Biomimetic Membranes and Textile“. Vielmehr beschäftige sich die Forschung mit unterschiedlichsten Fasern aus Keramik, Metall, Holz und Kunststoff.

Theoretisch sind den textilen Materialien und ihren Eigenschaften dem Experten zufolge keine Grenzen gesetzt. Das haben auch viele Schweizer Textilunternehmen erkannt, die sich zu spezialisierten Herstellern hochtechnisierter Produkte gewandelt haben. Die Empa bietet sich als Forschungspartnerin an, weil sie den Bogen schlägt von der Grundlagenforschung wie im Rahmen von „Zurich Heart“ bis zur Entwicklung von Produkten. So hat sie beispielsweise optische Fasern entwickelt, die in Kliniken für die Messung von vitalen Funktionen bei Frühchen eingesetzt werden oder als Biosensoren mit pH-sensitiven Fasern der Wundüberwachung dienen. Darüber hinaus gibt es zum Beispiel textile Drucksensoren, die etwa in Rollstühlen eingebaut werden können, um falsche Druckbelastungen aufzuzeigen. Auch textile Wundpflaster, die Medikamente gezielt abgeben oder ein benetzbarer Brustgurt, der für die Langzeitüberwachung von Elektrokardiogrammen für Herz-/Kreislauf-Patientinnen und -Patienten verwendet werden kann, sind bereit Realität.

Fasersysteme für smarte Textilien

Um noch mehr Textil-Knowhow an die Subitex-Partner weitergeben zu können, hat die Empa einen Teil der finanziellen Beiträge aus Subitex in das Forschungsprogramm „Self-care materials“ des „Competence Center for Materials Science and Technology“ (CCMX) des ETH-Bereichs investiert. Das Programm erforscht Faserstrukturen zur Substanzabgabe oder -aufnahme. An den Elektrospinn- und Mikrofluidik-Anlagen der Empa werden Fasersysteme aus „smarten“ Polymeren entwickelt. Sie reagieren auf externe Einflüsse wie Temperatur, pH-Wert, Feuchtigkeit oder Druck. Heutige Systeme verwenden kleine passive Kapseln, die Substanzen nur dann freisetzen können, indem sie sich abbauen. Das Besondere an „Self-care“-Materialien ist, dass die neuartigen Fasersysteme die Substanzen gezielt über einen bestimmten Zeitraum freisetzen, wenn sie aktiviert“ werden. Die kleinen Fasern aus smarten Polymeren lassen sich übrigens nicht nur in biomedizinischen Textilien und Gewebe einbringen, sondern können auch in Verpackungsfolien der Lebensmittelindustrie verwendet werden.