Vliese als "Gerüst" für künstliche Gewebe

Foto: Einzelfaser unter dem Mikroskop

Gerissene Einzelfaser nach einem
Zugversuch in der Mikroprüf-
maschine; © Fraunhofer IWM

Mediziner arbeiten daran, Knorpelgewebe künstlich herzustellen und Patienten mit Knieproblemen wieder schmerzfreies Gehen zu ermöglichen. Auch Sehnen oder Blutgefäße sollen sich künftig im Labor herstellen lassen. Die Forscher geben dazu Zellen auf einen porösen Gerüstwerkstoff, beispielsweise ein Vlies aus Polymerfasern: Auf diesem Gerüst können die Zellen wachsen und Gewebe bilden. Wird der künstliche Knorpel in das Knie des Patienten eingesetzt, löst sich das stützende Vlies allmählich auf - zurück bleibt das eingewachsene Knorpelgewebe. Während es recht einfach ist, Vliese aus dünnen Polymerfasern herzustellen, ist es schwer, diese Materialien experimentell und theoretisch zu beschreiben.

Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM in Freiburg und Halle haben nun ein Simulationsmodell entwickelt, das die Vliese gut charakterisiert. "Die Simulation stellt die mechanischen Eigenschaften der Vliese und die Transportprozesse nach - die Software kann also auch berechnen, wie Nährstoffe zu den Zellen und Stoffwechselprodukte von den Zellen weg transportiert werden, wenn etwa eine Flüssigkeit vorbeiströmt", sagt Doktor Raimund Jaeger, Gruppenleiter am IWM. "Diese Prozesse zu verstehen, kann für die Gewebezüchtung hilfreich sein."

Um das Modell zu erstellen, untersuchten die Forscher zunächst die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Polymerfasern. Speziell dafür entwickelten sie eine Apparatur: Auf einem ein Quadratzentimeter großen Siliziumchip haben die Wissenschaftler aus Halle circa 50 "Mikro-Prüfmaschinen" freigeätzt, die Fasern über die Prüfmaschinen gelegt und befestigt.

Unter dem Mikroskop konnten die Forscher beobachten, wie sich die Fasern verhalten, wenn man daran zieht, wie weit sie sich dehnen und wann sie reißen. Da faserartige Strukturen in Natur und Technik häufig anzutreffen sind, haben geeignete experimentelle Techniken und Simulationsmethoden ein breites Anwendungsspektrum.

MEDICA.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft