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GMS Hygiene and Infection Control

Deutsche Gesellschaft für Krankenhaushygiene (DGKH)

ISSN 2196-5226

Biomaterials in contact with soft tissue and blood

Biomaterialien in Kontakt mit Geweben und Blut

Short Version

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  • corresponding author Detlef Behrend - University of Rostock, Institute of Biomedical Engineering, Centre of Excellence for Biomaterials, Rostock-Warnemünde, Germany
  • Katrin Sternberg - University of Rostock, Institute of Biomedical Engineering, Centre of Excellence for Biomaterials, Rostock-Warnemünde, Germany
  • Klaus-Peter Schmitz - University of Rostock, Institute of Biomedical Engineering, Centre of Excellence for Biomaterials, Rostock-Warnemünde, Germany

GMS Krankenhaushyg Interdiszip 2008;3(1):Doc02

The electronic version of this article is the complete one and can be found online at: http://www.egms.de/en/journals/dgkh/2008-3/dgkh000100.shtml

Published: March 11, 2008

© 2008 Behrend et al.
This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/deed.en). You are free: to Share – to copy, distribute and transmit the work, provided the original author and source are credited.


Short version

The permanently growing demand for smart and effective implants comes from surgeons and on the other hand from the patients. Therefore, the interest is focused on the development of biofunctionalized materials for surgical applications. For this implants it is necessary to have an excellent biocompatibility and a biocompatibility without any toxic degradation products. The biocompatibility is a fundamental issue, which will largely determine the performance of the implanted device.

Each artificial material – perhaps with the exception of pyrolytic carbon – has no immediate ideal histocompatibility. It is just a foreign body! But we can improve the foreign body reaction with a surface coating of the supporting matrix with proteins. Water-soluble proteins such as albumin, collagen or fibronectin favour are qualified for this purpose.

Adhesion of cells on a supporting substrate is essential for the cell function. The exchange mechanisms of nutriments and the specific metabolic receptors are different distributed on the cell surface. Therefore a three dimensional arrangement is necessary for full use of the whole cell efficiency. In principle foam structures from ceramics or open cell foam composites are conceivable.

In addition bioresorbable materials, e.g. for sutures and temporary osteosynthesis devices needs essential mechanical properties, depending on the application and implantation duration. Another demand is the structure compatibility of an artificial device.


Kurzfassung

Ein ständig steigender Bedarf an hochspeziellen und effektiven Implantaten geht sowohl von Ärzten als auch von Patienten aus. Dementsprechend konzentriert sich das Interesse auf die Entwicklung biofunktionalisierter Materialien für chirurgische Anwendungen. Diese Implantate müssen eine exzellente Biokompatibilität ohne die Freisetzung toxischer Abbauprodukte aufweisen. Die Biokompatibilität ist daher eine grundlegende Anforderung, die die Funktionalität des Implantats in hohem Maße bestimmt.

Jedes künstliche Material – vielleicht mit Ausnahme des pyrolytischen Kohlenstoffs – hat keine von vornherein ideale Gewebeverträglichkeit. Es handelt sich immer um einen Fremdkörper! Jedoch kann die Fremdkörperreaktion durch Oberflächenbeschichtung der verwendeten Matrix mit Proteinen verbessert werden. Wasserlösliche Eiweiße wie Albumin, Kollagen oder Fibronectin sind für diesen Zweck besonders geeignet.

Die Adhäsion von Zellen auf dem Implantat ist für die Funktion der Zellen entscheidend. Die Austauschmechanismen von Nährstoffen und spezifische metabolische Rezeptoren sind unterschiedlich auf der Zelloberfläche verteilt. Daher ist für die vollständige Nutzung der zellulären Leistungsfähigkeit eine dreidimensionale Anordnung erforderlich. Im Prinzip sind hierfür schaumartige Strukturen aus Keramik oder offene schaumartige Zellstrukturen auf der Basis von Verbundmaterialien vorstellbar.

Darüber hinaus müssen bioresorbierbare Materialien, z.B. für Nahtmaterialien oder für nur zeitweise erforderliche Implantate zur Unterstützung der Osteosynthese, in Abhängigkeit von der Anwendung und der Implantationsdauer definierte mechanische Eigenschaften besitzen. Eine weitere Notwendigkeit ist die Strukturkompatibilität von Implantaten.