Chinesische Forscher haben verschiedene innovative Materialien für medizinische Implantate entwickelt. Beispielsweise lassen sich aus Hexafluorpentan-Fäden „Biotextilien“ herstellen, die nicht nur belastbar sind, sondern sich durch Bewegung auch selbst aufladen. Neue Biomaterialien bieten erhebliche Verbesserungen gegenüber den von der Natur bereitgestellten Materialien.
Darüber hinaus können Aminosäuren im Labor zu einer langlebigen Substanz synthetisiert werden, die auch für unseren Körper von Vorteil ist: Glas.
Perpetuum mobile Herzschrittmacher
Ingenieure der Southeastern University haben ein Material entwickelt, das nicht nur bemerkenswert langlebig, sondern auch biologisch abbaubar ist.
Entscheidend ist, dass dieses Implantat mechanische Energie autonom in elektrische Energie umwandeln kann. Diese Innovation der Nanjing-Wissenschaftler könnte bei der Herstellung von Geräten wie Herzschrittmachern oder Medikamentenverabreichungssystemen wie subkutanen Insulinpumpen genutzt werden.
Tatsächlich können einem Menschen Herzschrittmacher implantiert werden. Diese meist aus Kunststoff oder Metall gefertigten Implantate sind jedoch körperfremd. Einige Implantate müssen chirurgisch entfernt werden, sobald sie ihren Zweck erfüllt haben.
Ein wissenschaftliches Team aus Nanjing unter der Leitung der Professoren Zhang Hanyue und Xiong Rengen hat sich mit diesem Problem befasst: Ihr auf Hexafluorpentan basierendes Biomaterial zersetzt sich mit der Zeit auf natürliche Weise.
Das Biomaterial ähnelt Textilien, so die Wissenschaftler. Das bedeutet, dass daraus Implantate jeder Form hergestellt werden können, vom Stent für den Gefäßersatz bis zum Zahnfleischfaden.
In einem Zeitschriftenartikel stellen die Wissenschaftler fest, dass sich das von ihnen entwickelte Hexafluorpentan nahtlos mit Polyvinylalkohol, einem gängigen Verdickungsmittel, verbindet. Diese Kombination ermöglicht die Herstellung von Materialien von fest bis flüssig.
Bezeichnenderweise haben führende staatliche Medien in China die Erfindung des medizinischen Hexafluorpentans mit der Entdeckung des piezoelektrischen Effekts durch die Curie-Brüder im Jahr 1880 verglichen.
„Bioglas“ aus Aminosäuren
Chinesische Wissenschaftler erforschen alternative Materialien, die sich für die Implantation in den menschlichen Körper eignen. Bioingenieure der Chinesischen Akademie der Wissenschaften haben beispielsweise ein „Proteinglas“ entwickelt, das aus Peptiden und Aminosäuren synthetisiert wird. Dieses Material ist transparent, ähnelt herkömmlichem Glas und wird aufgrund seiner organischen Zusammensetzung im Körper biologisch abgebaut.
Bei diesem Prozess wird das Pulver in einer Inertgasumgebung auf Temperaturen über seinem Schmelzpunkt erhitzt, ohne dass die Zersetzungsschwelle der Moleküle erreicht wird. Nach dem Abkühlen wird Wasser eingeleitet, wodurch die Substanz kristallisiert.
Dieses „Bioglas“ ist sowohl flexibel als auch stark, sodass es in verschiedene Formen gebracht oder im 3D-Druck verwendet werden kann. Daher besteht Potenzial für die Entwicklung medizinischer Implantate, beispielsweise von Geräten zur präzisen Arzneimittelabgabe.
Darüber hinaus hat diese chinesische Innovation weitreichendere Auswirkungen: Forscher gehen davon aus, dass „Proteinglas“ herkömmliches Glas nicht nur in medizinischen Anwendungen, sondern auch in verschiedenen Branchen ersetzen könnte.
Jährlich produziert die globale Industrie fast 40 Millionen Tonnen Glas. Während Glas theoretisch recycelbar ist, wird in Wirklichkeit weniger als ein Drittel tatsächlich recycelt. Der Rest wird auf Mülldeponien entsorgt, wo er sich aufgrund seiner Haltbarkeit stark ansammelt.
Wissenschaftler auf der ganzen Welt suchen nach Methoden, um umweltfreundlichere transparente Materialien wie Holz herzustellen. „Proteinglas“, das je nach Aminosäure- und Peptidzusammensetzung auf natürliche Weise zwischen 3 Wochen und 7 Monaten abgebaut wird, ist eine vielversprechende Entwicklung. Diese Innovation hat nicht nur das Potenzial, Menschen zu heilen, sondern auch die Umwelt zu schützen.
Dies sind jedoch nicht die einzigen Errungenschaften chinesischer Implantologen.
Titanimplantat, das Bakterien abwehrt
Nicht alle Biomaterialien können Titan ersetzen, das üblicherweise in orthopädischen Implantaten und Zahnprothesen verwendet wird. Titan wird wegen seiner Leichtigkeit, Festigkeit und hervorragenden Biokompatibilität bevorzugt. Allerdings ist neben den Kosten auch die Anfälligkeit für Bakterienbesiedelung ein nennenswerter Nachteil. Mit der Implantation ist ein Infektionsrisiko verbunden.
Ärzte empfehlen, Titanprothesen mit UV-Lampen zu bestrahlen.
Alternativ schlagen Wissenschaftler des Beijing Institute of Nanoenergy and Nanosystems, des Shenzhen Institute of Advanced Technology und der City University vor, einen kleinen elektrischen Strom an die Titanprothese anzulegen.
Eine gemeinsame Anstrengung dieser drei Institutionen enthüllte ein einfaches Prinzip: Titan kann antibakterielle Eigenschaften erlangen, wenn es einem externen elektrischen Strom ausgesetzt wird. Diese Behandlung bewahrt die Biokompatibilität und Festigkeit des Materials.
Der Forscher Feng Hongqing stellt fest, dass die Verwendung von elektrischem Strom im klinischen Umfeld praktikabler ist als die Verwendung von UV-Lampen, was darauf hindeutet, dass diese chinesische Innovation bald in die Implantologiepraxis integriert werden könnte.
