Gewebe: Neues Verbundmaterial für beschädigte Knieknorpel

11/10/2013
Foto: Kniegelenk

Ein neues Material ebnet den Weg zur Behandlung von beschädigten Gewe-
betypen wie etwa dem Knieknorpel;
© panthermedia.net/alexmit

Schweizer Forscher haben ein Material entwickelt, das einen Wirkstoff unter wiederholter mechanischer Beanspruchung kontrolliert abgeben kann. Die Arbeit ebnet den Weg zur Behandlung von beschädigten Gewebetypen wie etwa dem Knieknorpel.

Zu seiner Regeneration ist der Knieknorpel paradoxerweise auf mechanische Beanspruchung angewiesen. Dazu zählt beispielsweise die Last, die ihm das Körpergewicht bei jedem Schritt auferlegt. Die auf diese Weise stimulierten Knorpelzellen entwickeln Rezeptoren für die vom Organismus produzierten Wachstumsfaktoren. Daher könnten auch Medikamente in dieser Phase am besten wirken. Ausgehend von dieser Hypothese haben Dominique Pioletti und Harm-Anton Klok von der ETH Lausanne im Rahmen des Nationalen Forschungsprogramms "Intelligente Materialien" (NFP 62) ein intelligentes Material entwickelt, das einen Wirkstoff erst bei wiederholter mechanischer Beanspruchung abgibt.

Sie legen dar, dass sich ihr Material aus einer Hydrogelmatrix, Liposom-Nanopartikeln und einer Ladung – in diesem Fall einem Farbstoff – zusammensetzt. Unter wiederholter mechanischer Beanspruchung erwärmt sich die Hydrogelmatrix. Die Wärme bewirkt, dass sich der Durchmesser der Liposomen deutlich verkleinert. Dadurch wird Platz in der Matrix frei, der Farbstoff kann aus ihr entweichen. "Eine der Hauptschwierigkeiten bestand in der Entwicklung von Nanopartikeln, die unserem Anforderungskatalog entsprechen", erklärt Pioletti. "Damit das Konzept aufgeht, müssen die Nanopartikel in einem genau definierten Bereich von zwei bis drei Grad reagieren, der den statischen vom stimulierten Zustand unterscheidet."

Die Forscher haben daraufhin überprüft, ob die Freisetzung des Farbstoffs tatsächlich auf die Erwärmung zurückzuführen ist, die auf Grund der wiederholten mechanischen Beanspruchung entsteht. Sie setzten das Material einer wiederholten Belastung aus, führten jedoch die dabei erzeugte Wärme ab. "Durch diesen Test konnten wir eine schwammartige Funktionsweise ausschließen, bei welcher der Farbstoff einzig und allein wegen des Drucks entweicht", sagt Pioletti. In einem weiteren Versuch haben sie das Material ohne Nanopartikel getestet. Die wiederholte mechanische Beanspruchung erwärmte die Matrix wie vorgesehen, aber der Farbstoff entwich wieder nicht. Die Forscher schließen hieraus, dass alle drei Komponenten für die korrekte Funktion des Verbundmaterials notwendig sind.

Obwohl es den Forschern gelungen ist, die Gültigkeit des Konzepts zu demonstrieren, betont Pioletti, dass eine auf dem Verbundmaterial basierende Behandlungsmethode noch Zukunftsmusik ist: "Wir müssen zuallererst ein Hydrogel und Nanopartikel entwickeln, die sicher und biologisch abbaubar sind, und danach klinische Studien durchführen. Wichtig ist vor allem, Investitionspartner für das Projekt zu finden."

MEDICA.de; Quelle: Schweizerischer Nationalfonds NSF