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Biokompatibilität von Materialien

1980
Forscher, die in einem Labor biokompatible Materialien für medizinische Implantate analysieren.

Biokompatibilität bezieht sich auf die Fähigkeit eines Materials, in einer bestimmten Anwendung eine angemessene Reaktion des Wirts hervorzurufen. Sie ist keine intrinsische Eigenschaft eines Materials, sondern wird durch die jeweilige Situation bestimmt. Zu den Schlüsselfaktoren gehören die Oberflächenchemie, die Topografie und die mechanischen Eigenschaften des Materials, die die biologische Reaktion bestimmen, wie z. B. die Protein AdsorptionZelladhäsion, Entzündung und faserige Verkapselung.

Biokompatibilität ist ein dynamisches und kontextabhängiges Konzept und keine statische, inhärente Eigenschaft eines Materials. Die "angemessene Reaktion des Wirts" hängt stark von der beabsichtigten Funktion des Produkts ab. So sollte ein Material für ein dauerhaftes Hüftimplantat bioinert sein, nur minimale Reaktionen hervorrufen und sich stabil mit dem Knochen verbinden. Im Gegensatz dazu sollte ein Material für ein biologisch abbaubares Nahtmaterial eine kontrollierte Entzündungsreaktion hervorrufen, die die Heilung fördert und sich dann sicher abbaut. Die Kaskade der Veranstaltungen an der Bioschnittstelle beginnt Sekunden nach der Implantation mit der Adsorption einer Schicht von Wirtsproteinen (z. B. Albumin, Fibrinogen, Fibronektin), einem als Vroman-Effekt bekannten Phänomen. Die Zusammensetzung und Konformation dieser Proteinschicht diktiert die nachfolgende zelluläre Anhaftung, Aktivierung und Signalgebung. Auf diese erste Phase folgt eine Entzündungsreaktion, bei der zunächst Neutrophile und dann Makrophagen an der Implantatstelle rekrutiert werden. Wenn das Material als fremd empfunden wird und nicht phagozytiert werden kann, können Makrophagen zu Fremdkörper-Riesenzellen (FBGCs) fusionieren. Dieser chronische Entzündungszustand führt zum Endstadium: der Bildung einer dichten, avaskulären Faserkapsel, die das Implantat vom Wirtskörper isoliert. Während diese Verkapselung für einige passive Implantate akzeptabel sein kann, ist sie für Geräte, die eine biologische Integration erfordern, wie Sensoren oder Gewebegerüste, nachteilig. Das Verständnis und die Kontrolle dieser Wechselwirkungen durch Oberflächenmodifikation - durch Veränderung der Benetzbarkeit, der Ladung, der Topographie oder durch Einbringen spezifischer Biomoleküle - ist ein zentrales Ziel der Biomaterialwissenschaft, um den langfristigen Erfolg der Produkte und die Sicherheit der Patienten zu gewährleisten.

UNESCO Nomenclature: 3201
- Medizinische Wissenschaften

Typ

Abstraktes System

Unterbrechung

Grundlegendes

Verwendung

Weit verbreitete Verwendung

Vorläufersubstanzen

  • Entdeckung aseptischer Operationstechniken durch Joseph Lister
  • Entwicklung inerter Polymere wie PMMA und Silikon
  • Verständnis der Fremdkörperreaktion in der Immunologie
  • Fortschritte in der Oberflächenwissenschaft und Charakterisierungstechniken (z. B. SEM, AFM, XPS)

Anwendungen

  • Design medizinischer Implantate (z. B. Hüftgelenkersatz, Zahnimplantate)
  • Entwicklung von Drug-Delivery-Systemen
  • Herstellung von Gerüsten für das Tissue Engineering
  • Entwicklung von Biosensoren und Diagnosegeräten
  • Beschichtungen für kardiovaskuläre Stents zur Thromboseprävention

Patente:

NA

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Verwandte Themen: Biokompatibilität, Wirtsreaktion, medizinisches Implantat, Biomaterial, Proteinadsorption, Entzündung, faserige Verkapselung, Bioschnittstelle, Oberflächenmodifikation, Vroman-Effekt.

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