Academic literature on the topic 'Biomaterialien'

ZusammenfassungFür den Ersatz von Hornhautgewebe werden seit Langem standardmäßig Hornhauttransplantate bzw. Amnionmembran verwendet. Da es sich hierbei um biologisches Gewebe handelt, besteht nur eine eingeschränkte Standardisierung, was die Herstellung, Beschaffenheit und die Eigenschaften nach Transplantation betrifft. Darüber hinaus gibt es ein Risiko der Krankheitsübertragung vom Spender und die Verfügbarkeit sowohl von menschlichen Hornhäuten als auch von Amnionmembran ist in vielen Regionen der Erde ungenügend. Aus diesem Grund werden seit vielen Jahren alternative Biomaterialien für den Hornhautersatz beforscht. Unter den natürlichen Biomaterialien bieten Materialien auf Kollagen- oder Keratinbasis Eigenschaften, die sie zu aussichtsreichen Kandidaten für den Hornhautstromaersatz machen. Aktuell bestehen aber noch viele ungelöste Probleme, insbesondere was die Degradation nach Implantation und die Nahtfestigkeit der Materialien angeht. Erste klinische Untersuchungen mit unterschiedlichen Biomaterialien auf Kollagenbasis belegen jedoch ihre insgesamt recht gute Biokompatibilität hinsichtlich ihrer Integrationsfähigkeit bzw. hinsichtlich ihrer geringen Immunogenität. Aktuell gibt es kein Biomaterial, das den Anforderungen in jeder Situation gerecht wird. Es ist zu vermuten, dass zukünftig unterschiedliche Biomaterialen zur Verfügung stehen, die in Abhängigkeit von der zugrunde liegenden Hornhauterkrankung unterschiedliche Funktionen erfüllen und so eine patienten- und krankheitsindividuelle Versorgung möglich machen.

ZusammenfassungDie Fähigkeit von Fremdoberflächen, eine möglichst gute Verträglichkeit mit den humoralen und zellulären Systemen des Blutes aufzuweisen, bezeichnet man als »Hämokompatibilität«. Bei gestörter Hämokompatibilität wird eine Aktivierung der Hämostase-, Komplement-und Kallikrein-Kinin-Systeme sowie Hämolyse, Thrombozytopenie und Thrombozytenfunktionsstörung , Leukozytopenie und Leukozytenfunktionsstörung beobachtet. Im Extremfall kommt es zur Ausbildung einer Thrombose und an Herzklappen zu einer Kalzifizierung. Die Hämokompatibilität von Biomaterialien ist bisher nicht zufriedenstellend gelöst. Ein modernes Konzept verfolgt die Idee, Biomaterialien mit Endothelzellen zu beschichten, um eine möglichst native Oberfläche dem zirkulierenden Blut gegenüberzustellen. Die Herstellung von mit Endothelzellen beschichteten Biomaterialien ist zum einen von den physikochemischen Eigenschaften des Materials und zum anderen von der Qualität der Endothelzellen und den Adhäsivproteinen, die Endothelzellen an den Biomaterialien fixieren, abhängig. Zu den Adhäsivproteinen, die zum Anhaften von Endothelzellen an Biomaterialien wichtig sind, zählen: Fibrinogen/Fibrin, von-Willebr and- Faktor, Fibronektin, Vitronektin, Laminin, Kollagen und Thrombospondin. Bis auf Vitronektin werden alle diese Adhäsivproteine von Endothelzellen selbst synthetisiert. Bei Abwesenheit von Vitronektin können Endothelzellen nicht an einem Biomaterial haften bleiben. Für die Bindung der Adhäsivproteine an Endothelzellen sind Rezeptoren, die zu der Gruppe der Integrine gehören, verantwortlich. Neben Adhäsivproteinen dürften Proteoglykane, Elastin und vielleicht Tenascin eine Bedeutung für die ausreichende Adhäsion von Endothelzellen an Biomaterialien haben. Zukünftige Aktivitäten in der Grundlagenforschung sowie in der kliniknahen Forschung werden darauf zielen, Biomaterialien zu entwickeln, die neben den physikalischen und mechanischen Eigenschaften ideale Voraussetzungen für das Anhaften, die Ausbreitung und die Proliferation von Endothelzellen haben. Hiermit verknüpft sind Eigenschaften, die eine gute Fixierung der Adhäsivproteine am Biomaterial gewährleisten. Neben Fortschritten in der Entwicklung von guten und besseren Biomaterialien wird es notwendig sein, Techniken zur schnellen und besseren Isolierung und Züchtung von Endothelzellen zu entwickeln.

ZusammenfassungKnochen ist ein lebendiges dynamisches Gewebe, das ständigem zellulär vermitteltem Umbau unterliegt. Dieser physiologische Prozess führt dazu, dass nach Implantation von Knochenersatz-Biomaterialien die Knochenzellen beginnen, mit dem Implantat zu interagieren und sowohl das Material als auch den umgebenden Knochen zu verändern. Dieser Prozess ist für die Lebensdauer des Implantates und damit für den klinischen Erfolg von besonderer Bedeutung. In diesem Artikel geben wir einen Überblick über die aktuellen Entwicklungen in diesem Zusammenhang. Es werden insbesondere die physiologische Notwendigkeit des Remodelings, die Resorption von Biomaterialien, die Aktivierung von Osteoklasten durch Materialpartikel sowie die Effekte der medikamentösen Regulierung des osteoklastären Knochenabbaus betrachtet.

Im Rahmen der VDB-Fortbildungsveranstaltung für Fachreferenten der Ingenieurwissenschaften, die am 8. und 9. Dezember 2005 in der SLUB Dresden stattfand, referierte Prof. Dr.-Ing. Hartmut Worch vom Institut für Werkstoffwissenschaften der TU Dresden (siehe auch SLUB-Kurier, 2006, Heft 1).

Die Analyse von Implantat-Gewebe-Wechselwirkungen basiert derzeit hauptsächlich auf histologischen Techniken. Der invasive Charakter der histologischen Präparation lässt allerdings keine Untersuchung am lebenden Tier zu. Dadurch ist es nicht möglich, den Prozess der Implantateinheilung wiederholt an einem Tier zu beobachten. Die Folgen sind eine hohe Anzahl aufzuwendender Versuchstiere und eine Vergrößerung der Messunsicherheit infolge der gestiegenen biologischen Variabilität. Nicht-invasive, bildgebende Verfahren spielen daher eine zunehmende Rolle für die Entwicklung neuer Biomaterialien. Während die Computertomographie (CT) häufig zur Untersuchung der knöchernen Implantateinheilung verwendet wird, hat sich die Nutzung der Magnetresonanztomographie (MRT) für diese Fragestellungen bisher nicht etabliert. Bei der Magnetresonanztomographie handelt es sich, analog zur Computertomographie, um ein bildgebendes Verfahren zur nicht-invasiven Erzeugung digitaler Schnittbilder. Im Gegensatz zur CT, die das Hartgewebe abbildet, wird bei der MRT das Weichgewebe detektiert, wobei keine ionisierende Strahlung verwendet wird. Der große Vorteil der MRT gegenüber anderen bildgebenden Methoden besteht darin, dass es möglich ist, das Weichgewebe auf den Schnittbildern anhand verschiedener Kontraste darzustellen. Zusätzlich können MR-spezifische Parameter quantifiziert werden, die einen direkten Rückschluss auf die Struktur zulassen. Mit diesen Kennzahlen ist es möglich, Veränderungen im Weichgewebe analysieren. Das Ziel der Arbeit war es deshalb, die Eignung und mögliche Anwendungen der Magnetresonanzto-mographie (MRT) zur Analyse der Implantat-Gewebe-Wechselwirkungen zu erörtern. Für die Untersu-chungen wurde ein NMR-Spektrometer inklusive Imaging-Zubehör verwendet. Die Dissertationsarbeit beinhaltete sowohl die Untersuchung verschiedener Materialsysteme hinsichtlich ihrer Eignung für die MRT und deren Biokompatibilität, als auch die Analyse der knöchernen Einheilung ausgewählter Biomaterialien. Diese umfasste Aussagen zur Darstellbarkeit und Abgrenzbarkeit von Strukturen und beinhaltete auch quantitativ gewonnene Messparameter. Die Ergebnisse wurden stets im Vergleich mit der Histologie diskutiert. In der Arbeit konnte dargestellt werden, dass die Überprüfung der Eignung des zu untersuchenden Materials für die MRT vor der Analytik erfolgen muss. Es wurde demonstriert, dass Metalle erheblich mit dem MR-System wechselwirken können, was in der Konsequenz zu drastischen Störungen der Bildqualität führt. Diese Effekte waren stark von den ausgewählten Messparametern abhängig. Als ein MRT-geeignetes Verbundmaterial wurde Titan-beschichtetes Polyetheretherketon (PEEK/Ti) vorgeschlagen. Die Beschichtung mit Titan führte zu einer signifikant verbesserten Biokompatibilität des Kunststoffes. Die erfolgreiche Analyse der knöchernen Einheilung mit der Magnetresonanztomographie wurde im Rahmen von zwei tierexperimentellen Studien an verschiedenen Biomaterialien gezeigt (die Analyse erfolg-te ex vivo). Die Untersuchung der knöchernen Integration eines Zahnimplantates aus PEEK/Ti hatte das Ziel, die Darstellbarkeit des Implantates und knöcherner Strukturen mit der Magnetresonanztomographie zu evaluieren. Außerdem wurde ebenfalls gezeigt, dass es anhand der MRT-Schnittbilder möglich ist, quantitative Messgrößen zur Beschreibung des Einheilprozesses zu gewinnen. Aufgrund der geringen Versuchstierzahl wurde jedoch eine breite Streuung der Messdaten festgestellt. Allerdings besitzt die Studie durch die Untersuchung eines Zahnimplantates aus Polyetheretherketon/Titan mit der MRT nicht nur Neuheitswert in der Biomaterialforschung, sondern schlägt gleichzeitig eine Brücke zur klinischen, dentalen Implantologie. Die Bewertung der Darstellbarkeit knöcherner Strukturen und der verwendeten (teils tissue-engineerten) Knochenersatzmaterialien mit MRT und Histologie und des klinischen Erfolges derselben bildeten einen Schwerpunkt der zweiten tierexperimentellen Studie (die Analyse erfolgte ex vivo). Es war möglich, mit beiden bildgebenden Verfahren zu zeigen, dass sich die verwendeten Knochenersatzmaterialien nicht für die vorgesehene Anwendung eigneten. Die Beurteilung der Übereinstimmung der quantitativ gewonnenen Parameter beider Analysenmethoden bildete den Abschluss der Arbeit. Es wurde festgestellt, dass zwischen den Messdaten stets ein syste-matischer Unterschied bestand. Nachweislich war dieser aber weniger das Resultat der ungleichen lateralen Auflösungen oder der unterschiedlichen Darstellbarkeit von Gewebestrukturen der beiden Verfahren, sondern konnte auf den Einfluss der Analyse verschiedener Schichtebenen und individueller Unterschiede bei der digitalen Quantifizierung der auswertenden Personen zurückgeführt werden
Currently, histological techniques are used to analyse implant-tissue-interactions. However, these methods are destructive and do not allow for the investigation of living animals. Therefore, it is not possible to study the integration of biomaterials repeatedly with one animal, resulting in a large number of animals and an increase of biological variability. Non-invasive imaging techniques have gained interest in the field of biomaterials. Whereas Computed Tomography (CT) was often used to evaluate the osseous integration, the assessment using Magnetic Resonance Imaging (MRI) has not been established, yet. MRI is a non-invasive medical imaging method that detects soft tissue. In contrast to CT the method does not require individuals to be exposed to radiation. The most important benefit of MRI is the possibility to acquire different soft tissue contrasts in situ because the various tissues have different signal intensities on MR images that can be altered by using different experimental parameters. Furthermore, it is possible to gain MR-specific properties that allow conclusions to the tissue structure. Thus, the objective of the doctoral thesis has been to investigate the suitability of MRI for the use in biometerial research and to show potential areas of application. The examinations were performed using a laboratory NMR-spectrometer inclusive imaging accessory. The thesis included an evaluation of the MR compatibility of different materials and their biocompati-bility and an analysis of the ingrowth of chosen biomaterials into bone. For that, the detection and identification of tissue structures and biomaterials was investigated with both, MRI and histology. Additionally, quantitative parameters were acquired and their comparability was assessed. It was clearly demonstrated, that metals interacted with the MR system and provoked large image distortions. These effects were strongly dependent on experimental parameters chosen. Polyetheretherketone with titanium coating (PEEK/Ti) was investigated and has been found to be MR safe. Above all, it was demonstrated that the biocompatibility of the polymer was significantly enhanced by coating with titanium. Within two animal studies the successful analysis of the osseous healing of different biomaterials with MRI was presented. To demonstrate the visibility of bony structures and biomaterials a dental implant made of PEEK/Ti was analysed. The ability to measure quantitative data in analogy to histomorphometry was shown, ditto. A large variation of the values was detected due to the limited number of animals used for the pilot study. Evaluating the displayability of bone and (to some extent tissue engineered) bone substitutes and assessing the clinical success of these materials was one main focus of the second animal study. Both, MRI and histological analysis could undeniably illustrate that all of the bone substitutes were not suitable for the chosen application. The thesis was completed with the determination of the agreement of quantitative values from both analysing methods. It was concluded that all values gained from the animal study were significantly different. It was proven that the chosen slice position and the image interpretation with two evaluators had a larger share to disagreement than the different lateral resolution of MRI and histological images or the diverging displayability of bone and bone substitutes. By investigating a MR suitable dental PEEK implant the doctoral thesis fulfils the criteria of novelty in biomaterial research. Moreover, it forges links between preclinical research and dental implantology

Cada vez resulta más importante la colaboración entre expertos de diferentes áreas científicas multidisciplinares. En este trabajo, se han realizado prácticas de laboratorio agrupando alumnos de cuatro grados universitarios del área de biomedicina: Biotecnología, Ciencias del Mar, Veterinaria, Odontología y un grado impartido en inglés: Dentistry. Las asignaturas, que participaron en el estudio fueron: Biorreactores, Cultivos Celulares, Microbiología Marina, Microbiología Veterinaria, Microbiología de Odontología y Microbiology de Dentistry. Se abordó el tema de las síntesis química y por impresión 3D de biomateriales, su caracterización antimicrobiana por tres métodos complementarios (difusión en agar, contacto y formación de biofilm en biorreactor) y repoblación por cultivo con células madre adultas. Se diseñó una WebQuest con las instrucciones, laboratorio virtual y guías de prácticas en formato digital. Con motivo de llevar a cabo un Aprendizaje Integrado de Contenido y de Lenguas Extranjeras (AICLE), la WebQuest fue diseñada en inglés y los participantes realizaron una exposición en inglés al finalizar la experiencia. Las prácticas fueron realizadas en los laboratorios de la Universidad Católica de Valencia y en el Centro de Investigación Príncipe Felipe. Este procedimiento fue evaluado mediante un cuestionario de 14 preguntas, y mediante dos rúbricas para las memorias y exposiciones.