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Fragestellung: Bei der Versorgung von Knochenfrakturen werden Implantate eingesetzt, welche häufig nicht dauerhaft im Körper verbleiben, Beispiele sind Traumaimplantate im Bereich der Osteosynthese. Die spätere Entnahme ist oft durch Zellbewuchseffekte erschwert, z.B. durch stark anhaftende Knochenzellen. Für den Operateur ist schwer entfernbares Gewebe für die Sicht auf das Implantat nachteilig. Kritisch sind zudem Schrauben, die nicht mehr herausgedreht werden können oder sogar brechen. Eine reduzierte Zelladhäsion zum Implantat bedeutet dagegen eine komplikationsfreiere Operation bei der Implantatentnahme, ein reduziertes Risiko einer Nervenschädigung, ggfs. kleinere Wunden und kürzere Wundheilungsphasen. Damit verbunden senken sich die Operations- und Versorgungskosten.

In einem interdisziplinären Ansatz zwischen Materialwissenschaft, Optik, Biologie und Medizintechnik wurden UV-Licht lichtbasierte Verfahrensansätze grundlagenorientiert abgeprüft, um innovative, kostenattraktive Prozesse zur Zelladhäsionsminimierung zu entwickeln.

Methodik: Unter Erhalt der Biokompatibilität, d.h. ohne Beobachtung zytotoxischer Effekte, werden folgende Ansätze zur Adhäsionsminimierung betrachtet:

• Lichtbasierte Beschichtung mit Submikrometerschichtdicke zur Nanoglättung: Reduzierung von Topografiespitzen, welche als Zellanhaftungsanker dienen
• Laser-Mikrooberflächenstrukturierung: Vermeidung der Bildung von Zellverbünden, Erzeugung von Strukturen zur gehemmten Zelladhäsion und reduziertem Zellwachstum
• Oberflächenfunktionalisierung durch eine Anti-Adhäsionsbeschichtung: Erzeugung von Oberflächeneigenschaften zur Reduzierung der Zelladhäsion

Die Adhäsionsreduzierung wird beispielhaft an L929 und Mg-63 Zellen, d.h. an Fibroblasten und Osteoblasten evaluiert. Im Fokus steht zunächst die Schichtentwicklung für Implantate aus 1.4404-Edelstahl, so dass gegenüber Titan ein Kostenvorteil erzielt werden kann. Es wird dennoch erwartet, dass die Ansätze als Oberflächeneffekte sich prinzipiell auch auf andere Materialien übertragen lassen, z.B. auf Titan oder auf Polymere. Die Bewertung des Zellwachstums bzw. der Zelladhäsion erfolgt mittels zellbiologischer Testungen wie Zytotoxizitätstestungen in Anlehnung an DIN EN ISO 10993-5 sowie mit Hilfe von licht- und fluoreszenzmikroskopischen Untersuchungen.

Ergebnisse und Schlussfolgerung: Die Ergebnisse zeigen, dass durch eine siliziumorganische Beschichtung mit Schichtdicken bis zu 200 nm eine Glättung der Oberflächentopographie möglich ist. Weiterhin kann die Zelladhäsion und die Zelllmorphologie durch hydrophobe Beschichtungen beeinflusst werden. Der Vergleich zwischen beschichteten Edelstahl und unbeschichteter Referenz zeigt eine Reduzierung um 90 % für die mittlere Zellgröße. Der mit Zellen bedeckte Flächenanteil wird auf unter 5 % gesenkt. Die Ergebnisse belegen somit einen messbaren Einfluss auf das Zellwachstum.

Die entwickelte Schicht ist somit in der Lage die Adhäsion der verwendeten Zelllinien sichtbar zu reduzieren, dies unter Erhalt der geforderten Biokompatibilität.