NMW.NRW - Metallimplantate müssen im Kontakt mit dem Organismus neben der mechanischen Belastbarkeit eine hohe Grenzflächenverträglichkeit aufweisen.  Dies erfordert die Ausrüstung der Metalloberflächen mit bioaktiven Wirkstoffen. Wissenschaftler des Lehrstuhls haben in Kooperation mit dem DWI ein Verfahren zur Funktionalisierung von Edelstahl-, Platin- oder Titanoberflächen basierend auf der CVD-Polymerisation von zuvor synthetisierten funktionalisierten [2.2]-Paracyclophanen entwickelt. An diese funktionalisierten Metalloberflächen sind Wirkstoffe wie Fibronectin aus der extrazellulären Matrix gebunden worden, um eine Erhöhung der Zelladhäsion und des Zellwachstums an der Grenzfläche zu erreichen (Wiley-VCH Verlag, Weinheim, 2004).  

In der Medizintechnik werden für zahlreiche Anwendungen Implantate auf Metallbasis präferiert. Insbesondere bei Metallimplantaten für den Blutkontakt wie Stents (Gefäßstützen) oder Embolisationsspiralen steht jedoch Vorteilen, die sich aus guten mechanischen Eigenschaften ergeben, eine begrenzte Biokompatibilität gegenüber. Fehlfunktionen des Implantates lassen sich bei diesen Anwendungen nur in Ausnahmefällen korrigieren und führen häufig zum Tod des Patienten. Damit die verwendeten Metalldevices ihr volles therapeutisches Potential entfalten können, ist eine Verbesserung der Biokompatibilität notwendig. Ein Ansatz ist die Immobilisierung von Wirkstoffen auf den Metalloberflächen, um eine gezielte bioaktive Interaktion mit dem menschlichen Organismus zu ermöglichen.

Im Hinblick auf eine Wirkstoffausrüstung von Metalloberflächen ist ein Beschichtungsverfahren mit einem funktionalisiertem Polymer entwickelt worden, welches  die kovalente Anbindung der Wirkstoffe an die Trägerschicht erlaubt. Bei dem Verfahren handelt es sich um die CVD-Polymerisation (chemical vapour deposition) von aminofunktionalisiertem Paracyclophan. Die wesentlichen Vorteile der CVD-Polymerisation im Vergleich zu herkömmlichen Beschichtungsverfahren (Tauchprozesse) ergeben sich dadurch, dass es sich hierbei um ein Ein-Schritt-Beschichtungsverfahren in der Gasphase ohne Lösungsmittel oder Initiatoren handelt. Das vorab synthetisierte Aminoparacyclophan polymerisiert auf dem Metallsubstrat zu einer Polyamino-p-xylylen-co-poly-p-xylylen (amino-ppx). Die sich ergebende Polymerbeschichtung ist homogen, chemisch resistent, nicht toxisch und mechanisch belastbar. 

So gelang es, Nitinolstents und Embolisationsspiralen aus Platin mit einer funktionellen Polymerbeschichtung auszurüsten. Die ca. 400 nm dicke CVD-Beschichtung der Nitinolstents zeichnet sich durch eine hohe Haftung und eine außerordentliche gute mechanische Festigkeit aus, die der mechanischen Beanspruchung bei der Expansion der Stents standhält. Im Falle der Bioaktivierung der funktionalisierten Metalloberflächen erfolgt in einem zweiten Ausrüstungsschritt die Immobilisierung von z.B. Peptiden oder Proteinen nach proteinchemischen Methoden. Die erzielte biologische Wirkung wird am Beispiel der Ausrüstung von Embolisationsspiralen näher erläutert.

An Embolisationsspiralen aus Platin zur endovaskulären Therapie von zerebralen Aneurysmen wird die Forderung gestellt, den dauerhaften Verschluss des Aneurysmas zu garantieren. Dazu wurden an die CVD-beschichteten Platinspiralen Zelladhäsionsmediatoren wie Fibronectin oder Collagen IV immobilisiert, um einen dauerhaften Verschluss dieser Aneurysmen durch körpereigenes Zellwachstum zu erzielen. Die kovalente Anbindung von Fibronectin oder Collagen IV an die amino-ppx-beschichteten Platinspiralen führte zu einer erhöhten Wachstumsrate von humanen Endothelzellen, den Gefäßinnenhautzellen. Erste in vivo Versuche an Kaninchen zeigten, dass eine Steigerung des Gewebewachstums durch eine Fibronectinbeschichtung der Platinspiralen hervorgerufen werden konnte.

Das vorgestellte Highlight ist ein Beispiel der Kooperation der Plattform „Oberflächenaktivierung und –funktionalisierung“ und der Plattform „Biomaterialien – Nano- und Mikrostrukturen in Biointerfaces“. 

Die beschriebenen Beispiele zeigen, dass die CVD-Beschichtung mit funktionalisierten Paracyclophanen ein universell anwendbares Verfahren zur Polymerbeschichtung und gleichzeitiger Funktionalisierung von Metalloberflächen ist, welches eine bioaktive Ausrüstung ermöglicht. Bei der Vielzahl von möglichen bioaktiven Wirkstoffausrüstungen ist eine Anwendung dieses Verfahrens bei Metallimplantaten auch außerhalb der kardiovaskulären Anwendungen von Interesse.  Das durch ein deutsches Patent gesicherte Verfahren wird zur Zeit im DWI von der Firma ACResonance GmbH zur industriellen Beschichtung von Stents eingesetzt.