Werkstoffe: Medizin im Materialfieber (1. Teil)

von Wiebke Heiss / MEDICA.de

Die Bronze- oder die Eisenzeit, Goldrausch oder Diamantenfieber - Epochen und Phänomene zeigen, dass der Mensch immer nur das eine wollte: Material. Ein Sprung in der menschlichen Entwicklung geht fast immer Hand in Hand mit neuen Werkstoffen. Das ist in der Medizin nicht anders. 15.12.2008

„Stellen Sie sich einen Topf voll Spaghetti vor“, rät Ulrich Suter. Es geht um Polymere – riesengroße Moleküle, die aus den immer gleichen Einheiten, den Monomeren, bestehen. „Wenn ein Spaghetto für ein Monomer steht, dann ist der volle Topf ein Polymer“, erklärt der Professor für makromolekulare Chemie. Polymere katapultierten die Medizin hinaus aus dem jahrhundertelangen Einsatz von Holz- und Metallinstrumenten, sie wurden im 20. Jahrhundert zu einem der wichtigsten Stoffe in der Medizin überhaupt. Denn sie haben einen großen Vorteil: Diese Werkstoffe können nach Wunsch designt werden – es kommt nur auf den Inhalt des Topfes an: Polymere haben ganz unterschiedliche Eigenschaften, abhängig von der Art der Monomerbausteine und der Länge der Ketten – so entstehen lineare, verzweigte oder vernetzte Polymere.

Lang, länger, am längsten:
Polymerketten; © Y. Roiter
and S. Minko

Zu finden sind die Werkstoffe überall in unserem Leben. Das berühmteste Beispiel ist wohl die Einkaufstüte, die eigentlich aus dem Gas Ethen besteht. Das wird chemisch so oft miteinander verbunden, bis Polyethylen entsteht – die Plastiktüte. Auch Styropor, Teflon oder Nylon sind synthetisch hergestellte Polymere, natürlich vorkommende sind Zellulose, Papier, Stärke oder das Haar.

„Es gibt kaum vielfältigere Stoffe als Polymere“, schwärmt Suter, der sich sein Leben lang mit den riesigen Molekülen beschäftigte und an der ETH Zürich arbeitet. Sie sind quasi der Traum eines jeden Neurotikers, weil man sie komplett kontrollieren kann – man kann sie so beeinflussen, wie man sie haben will. „Sie sind fein justierbar – ein bisschen steifer, ein bisschen weicher, eine andere Farbe, das ist alles kein Problem“, sagt Suter. Das macht Polymere für die Medizin so wichtig – von der Diagnostik über den OP bis ins Labor.

Implantate, die im Nichts verschwinden

Es gibt auch Polymere, die im Körper mit der Zeit abgebaut werden, ohne schädliche Stoffe zu hinterlassen. So lösen sich chirurgische Nahtmaterialien und Knochennägel auf, nachdem sie ihre Aufgabe im Körper erfüllt haben. „In Zukunft werden die resorbierbaren Stoffe besonders bei der kontrollierten Medikamentenfreigabe zum Einsatz kommen“, erklärt Suter. Und im Tissue Engineering als Gerüste für Muskel-, Fett- oder Bindegewebszellen. Steife Keramikgerüste leisten gute Dienste, um harten Knochenersatz zu züchten, aber für Weichgewebe setzt man auf weichere Gerüste aus Polymeren.

So wie bei Herzklappen. „Im Moment bestehen die aus Schweinegewebe oder aus hartem Material - da hört man dann bei jedem Herzschlag ein Klicken“, so Suter. Aber da es für den Patienten immer ein unangenehmes Gefühl ist, Fremdkörper in sich zu tragen, greifen Mediziner auf resorbierbare Polymere zurück. “Ein abbaubarer Stoff muss her, der solange da ist, bis das Haus gebaut ist“, meint Suter und redet von einem Polymer in Schwammform. Dort können körpereigene Herzzellen ansiedeln und wachsen. Je stärker das Gewebe wird, desto mehr von dem Schwamm löst sich auf - bis die eigene Herzklappe fertig ist.

Polymere können aber auch intelligent sein, wenn man sie geschickt manipuliert. Das sind dann Kunststoffe mit Formgedächtnis, die ihre Gestalt, verändern, wenn sie erwärmt oder beleuchtet werden. Die Idee: Polymere im Inneren so konstruieren, dass die Kunststoffe alle möglichen Formen annehmen können, ihre Urform im Inneren aber gespeichert bleibt. So könnte man Nahtmaterial programmieren, dass es sich mit Gefühl zusammenzieht und nicht einen maximalen Druck auf das Gewebe ausübt. Oder aber Fäden, die sich bei Wärme selbst verknoten können, damit sich Nahtmaterial bei Körpertemperatur seinen Knoten von allein zusammenzieht.

- 1. Teil: Medizin im Materialfieber
- 2. Teil: Bioglas aus dem Abyss
- 3. Teil: Verstärker auf Nanoebene