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Textile Nervenleitschienen

Deutschland bei Hightech-Fasern für die Humanmedizin führend

Die deutsche Textilforschung ist mit Entwicklungen für den Gesundheitssektor wie Nervenleiter, Depotfasern zur gezielten Wirkstoffabgabe oder gewebten Implantaten weltweit führend. Ein Drittel der bundesweit 16 Textilforschungsinstitute, so das Forschungskuratorium Textil e.V. (FKT) vor der Presse kürzlich in Berlin, ist mit diesem Forschungsschwerpunkt zugleich Inputgeber für textile Medizinprodukte über traditionelle Krankenhaus- und OP-Textilien hinaus.

Seitdem das Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) in Denkendorf vor 35 Jahren mit Hightech-Fasern für die Gesundheitserhaltung erste Schlagzeilen produzierte, gehören Mediziner, Biologen und Biotechnologen inzwischen zum Stammpersonal der Textilforschung. Institute in Bönningheim (ebenfalls Baden-Württemberg) und Aachen gehören wie die Textilforschung in Greiz oder Dresden heute ebenfalls zu den ersten Adressen dieses vergleichsweise jungen Forschungs- und Wachstumsfeldes.

Moderne Medizintextilien unterstützen durch Integration von Mikrosensoren und elektrisch leitfähigen Polymeren in Bekleidung zum Beispiel die Überwachung der Vitalfunktionen von Patienten und Pflegebedürftigen. Auch im Operationsalltag finden immer häufiger textile Implantate Verwendung: Stents, Herniennetze, Gefäßprothesen. Künstlicher Hornhaut- und Hautersatz gehört ebenso zu den textilbasierten Innovationen wie neuartige Zellträger und Formgeber für die Regeneration von Geweben und Organen (Herzklappen, Ohrmuscheln).

„Dank vorwettbewerblicher Förderung vor allem durch die beiden Bundesministerien für Wirtschaft/Technologie und Bildung/Forschung kommen jährlich rund ein Dutzend textilbasierte Gesundheitsinnovationen dazu“, bilanziert FKT-Geschäftsführer Dr. Klaus Jansen. Sie zielen etwa als Hautersatz zur Behandlung schwerer Verbrennungen (ITV Denkendorf), partikelarme Bauchtücher (TITV Greiz) oder polymerbasierte Stents mit Gedächtniseffekt (ITA Aachen) auf die Bereiche Medizintechnik, Biotechnologie, Pharmakologie und Pflegedienstleistungen. Weil bei fast jedem dieser Forschungsergebnisse auf dem Weg zum Produkt geraume Zeit für klinische Tests und medizinische Zulassungen eingeplant werden müssten, dauere der Wissenschaftstransfer oft zehn Jahre und mehr – und damit aus Sicht der Forschung noch viel zu lange, bedauerte Jansen.

Einige aktuellen Forschungsschwerpunkte im Überblick:

ITV Denkendorf:

Der von Prof. Dr. Michael Doser geleitete Forschungsbereich Biomedizintechnik im Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) Denkendorf legt den Fokus auf polymere Biomaterialien, Implantate und Regenerationsmedizin. Zugehörig zum Geschäftsfeld „Innovative und intelligente Produkte“ werden Produktentwicklungen in enger Zusammenarbeit mit deutschen und internationalen Unternehmen vorangetrieben. Besonders interessant: Die Forschungsarbeiten mit Blick auf neue Werkstoffe, Medizintechnik und künstliche Organe laufen oft interdisziplinär unter Einbeziehung von Wissenschaftlern und Experten aus den Bereichen Maschinenbau, Verfahrens- und Medizintechnik, Polymerchemie, Textiltechnik und Biologie. Die dem ITV angeschlossene ITV Denkendorf Produktservice GmbH nimmt Forschungsimpulse auf und bearbeitet anwendungsorientierte Entwicklungs- und Produktionsthemen mit den Schwerpunkten Herstellung von Medizinprodukten für die Industrie.
Erst kürzlich hatte Denkendorf vor dem Hintergrund von jährlich weltweit 210.000 herzchirurgischen Eingriffen für Herztaschenklappen-Transplantationen zusammen mit dem Klinikum der Universität München einen neuartigen Ansatz entwickelt: Statt mechanischer oder biologischer Prothesen soll demnächst eine zellbesiedelte Polyurethan-Herzklappenprothese aus Vliesstoff zur Verfügung stehen. Dazu soll eine synthetische, nicht resorbierbare Vliesstoffstruktur in Form einer Taschenklappe mit körpereigenen venösen Zellen besiedelt werden. Das Immunsystem würde die neue Prothese nicht als Fremdkörper erkennen; Abwehrreaktionen wären damit vermieden und die Haltbarkeit deutlich verlängert. Gleichzeitig können die mechanischen Eigenschaften eines Kunststoffvlieses weitgehend den Eigenschaften der natürlichen Klappen nachgebildet werden, was bei den heute üblichen, metallischen Klappen nicht möglich ist. Die Vliesstruktur mit ihrer elastischen Verformbarkeit und hohen Lebensdauer soll darüber hinaus die Option einer minimal-invasiven Implantation bieten. Daher ist geplant, neben der menschlichen Aortenklappen-Form auch einen zylindrisch expandierbaren Stent zu entwickeln, in den die Taschenklappen integriert werden.

Aktuell:
Forschungen zu Nervenleitschienen, um das Nachwachsen von Nerven nach Unfällen wie Quetschungen oder Schnittverletzungen zu beschleunigen. Basis der Neuerung sind resorbierbare Kapillarmembranen und integrierte Fasern mit Längsrillen, aus neuartigen Polymeren, die vom ITV entwickelt wurden. Sie haben das Potenzial, durchtrennte Nerven bis zur ihren Zielorganen, z.B. Muskeln, neu auswachsen zu lassen. Bisher wird das durch Narbengewebe und eine fehlende Orientierung meistens behindert. Mit der Neuerung aus Denkendorf – eine Hülse mit integrierten Leitfasern für die Nervenfaser-Bündel - soll die Wiederherstellung der Funktionalität des betreffenden Gliedmaßes schneller vonstattengehen. Aktuelle Ergebnisse schwedischer Projektpartner zeigen, dass die profilierten Fasern auch das Wachsen von Nerven im zentralen Nervensystem ermöglichen.

Hohenstein Institute, Bönningheim:

Der aktuelle Trend in der Implantologie geht in Richtung einer „Biologisierung“ der Implantate. Das Forscherteam um Prof. Dr. Dirk Höfer, Direktor des Instituts für Hygiene und Biotechnologie (IHB), beschäftigt deshalb u. a. die Frage, wie textile Implantate mit patienteneigenen Zellen ergänzt und so effizient in der plastischen Chirurgie eingesetzt werden können. In der Vergangenheit war es den Wissenschaftlern bereits gelungen, verschiedenste Fasern, Netze und Vliesstoffe aus resorbierbaren Biopolymeren dicht mit humanen, adulten Stammzellen zu besiedeln. Sie zeigten außerdem, dass fasergebundene Stammzellen Wachstumsfaktoren freisetzen, die am Implantationsort die Bildung neuer Blutgefäße fördern. Innerhalb kürzester Zeit wuchsen in die mit Stammzellen besiedelten Textilimplantate neue Blutgefäße ein und bildeten ein funktionierendes kapillares Netzwerk. Auf Grundlage dieser positiven Ergebnisse wurden die Studien im Hinblick auf die Entwicklung eines Fettgewebe-Ersatzes fortgesetzt. Zunächst konnten die Wissenschaftler erfolgreich eine Umwandlung (Differenzierung) von auf resorbierbaren Fasern angesiedelten Stammzellen in Fettzellen erreichen. Mit Hilfe derselben Technik waren sie anschließend in der Lage, auch ein größeres dreidimensionales Implantat mit humanen adulten Stammzellen zu besiedeln und sie in Fettzellen zu differenzieren. Die Wissenschaftler hoffen nun, in ähnlicher Weise biopolymere 3D-Implantate mit körpereigenen Stammzellen in Fettgewebe zu verwandeln, die dauerhaft als Weichteilersatz im Körper von Patienten verbleiben, ohne dass Abstoßungs- oder Entzündungsreaktionen auftreten.

Aktuell:
Forschungen zu kapillaren Hohlfilamenten, also Hohlfasern mit „Inhalt“ zur Befüllung mit Arzneimittelwirkstoffen. An einem solchen Material mit drugdelivery-Funktion sind Wirkstoffproduzenten ebenso wie Pharmahersteller, Krankenhäuser und Pflegedienste interessiert. Hohenstein-Forschern war es in gut zweijähriger Entwicklungsarbeit seit 2007 gelungen, verschiedenartige Wirkstoffe wie Madensekret, antibiotisch wirkende Viren (Bakteriophage) und das Enzym Krillase in textile Depot-Hohlfasern einzulagern. Die an den Enden geschlossenen Kapillarhohlmembranen aus Zellulose sind in der Lage, in ihrem Inneren etwa 100 Mikrometer kleine Wirkstoffpartikel aufzunehmen und diese über einen definierten Zeitraum direkt in die Wunde zu transportieren. In ersten Versuchsreihen konnte die Regulierbarkeit der drugdelivery-Funktion nachgewiesen werden. Inzwischen ist in Hohenstein ein vom Bundesforschungsministerium unterstütztes Nachfolgeprojekt angelaufen, das die Einbettung weiterer Wirkstoffe in textile Hohlfasern auch mit Blick auf die Krankenhauskeim-Problematik untersucht.

ITA Aachen:

Auch das Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen (ITA) beschäftigt sich zunehmend mit textilen Implantaten. Gemeinsam mit der Universität Tampere (Finnland) wurden erst kürzlich hochporöse textile Strukturen als eine Art Gerüst zur Züchtung körpereigener Gefäßprothesen aus patienteneigenen Zellengeschaffen. Zum Strategiethema „Tissue Engineering & Textile Implants“ hat Prof. Dr. Stefan Jockenhövel seit Frühjahr 2011 eine Universitätsprofessur inne. Als sogenannter Brückenprofessor wird er zu gleichen Teilen vom ITA und vom Institut für Angewandte Medizintechnik (AME) des Helmholtz Institutes für Biomedizinische Technik (ebenfalls Aachen) beauftragt. 

Sein Ziel ist, neue Impulse im Bereich Gewebezüchtung und textile Implantate auszulösen. Beide Institute und die zum ITA gehörende 3T Vertriebsgesellschaft arbeiten bereits seit über zehn Jahren zusammen. Ein Beispiel für die erfolgreiche Kooperation ist das mehrfach preisgekrönte EU-Projekt Biosys. Hier wurde erstmalig eine textilbewehrte, körpereigene Gefäßprothese entwickelt, die die Qualität von Bypass-Operationen zur Behandlung von Arterienverkalkungen verbessert. Mit Hilfe einer hochporösen, biologisch abbaubaren Textilstruktur wird eine körpereigene Prothese gezüchtet, die auch bei kleinen Gefäßdurchmessern nicht direkt zu Engstellen oder Verschlüssen führt. In ersten präklinischen Studien konnte die Überlegenheit der vitalen Gefäßprothese gegenüber den aktuell in der Klinik eingesetzten synthetischen Prothesen gezeigt werden. Von dieser neuartigen Entwicklung können in Zukunft Patienten mit kritischen Gefäßverschlüssen profitieren, denn die textilbewehrten Bypassgefäße bleiben dauerhafter zugänglich. Die Patienten sind dadurch länger beschwerdefrei.

Aktuell:
Forschungen zum kardiovaskulären Tissue Engineering zur Entwicklung lebendiger Gefäß- und Herzklappenprothesen sowie vitale Stentprothesen zur Therapie von Gefäßverengungen, Lungenkrebs, Verengungen der Speiseröhre

(Hans-Werner Oertel)


 


 

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