Einfluss von Topographie und Chemie auf das Verhalten von lebenden Zellen

Die Charakteristika und Einsatzmöglichkeiten neuer Produkte definieren sich längst nicht mehr nur über deren Bulkeigenschaften. Immer mehr steht bei deren Leistungsfähigkeit auch die Oberfläche im Vordergrund, die nicht mehr nur als bloße Begrenzung zur Umgebung angesehen wird. Sie übernimmt Funktionalitäten wie Licht(weiter)leitung und -reflexion,Abrieb- und Korrosionsschutz. Auch im biologischen und medizinischen Bereich spielen Oberflächeneigenschafteneine wichtige Rolle. So treten Proteine und folgend Zellen sowie Mikroben zuerst mit der Oberfläche eines Implantates oder eines medizinischen Werkzeugs in Kontakt. Dabei haben die Topographie sowie die Chemie einen wichtigen Einfluss auf das Verhalten der (Mikro)Organismen. Beispielsweise können Mikro- bzw. Nanostrukturen einerseits gerichtetes Zellwachstum hervorrufen und andererseits dafür sorgen, dass Bakterien und Pilze weniger gut anhaften. Die Anpassung derChemie durchImmobilisierung von organischen und anorganischen Komponenten kann zur Beeinflussung der Differenzierung von Stammzellen und des Wachstums bestimmter Zellarten führen. In diesem Zusammenhang bieten topographieformende Technologien wie Abformung, mechanische Bearbeitung (z.B. Sandstrahlen) oder auch laserbasierte Methoden vor allem bei metallischen Implantatmaterialien ein breites Feld an Möglichkeiten. Weiterhin sind oxidative Prozesse und die Immobilisierung bestimmter Peptide und Proteine auf der Oberfläche hervorragendfür die Einstellung der Wechselwirkung mit biologischen Systemen geeignet. In diesem Beitrag wird ein neuer Ansatz zum Design von Implantatoberflächen vorgestellt, um das Verhalten von lebenden Zellen zu beeinflussen. Dabei handelt sich einerseits um das Verfahren der Direkten Laserinterferenzstrukturierung (DLIP) und andererseits die biochemischen Modifikation der Oberfläche unter Verwendung der anodischen Immobilisierung bioaktiver Moleküle auf verdickten Oxidschichten titanbasierterWerkstoffe sowie eine Kombination aus beidem. Dazu wurden die Oberflächen typischer Titanlegierungen modifiziert, wobei zunächst Mikro/Submikrostrukturen mit Periodizitäten zwischen 3 µm und 20 µm aufgebracht wurden. Anschließend erfolgte die biochemische Behandlung dieser Substrate. Neben der Charakterisierung der Topographie und Chemie wurde die Adhäsion, Proliferation und Differenzierung von humanen mesenchymalen Stammzellen auf diesen Oberflächen untersucht. Die Ergebnisse zeigen vielversprechende Synergieeffekte durch die Kombination der Technologien.