Ziel der Entwicklung
Das Forschungsprojekt beschäftigte sich mit der Verbesserung der Knochenregeneration durch eine Beschichtung von Implantatoberflächen mit Kollagen bzw. einer Mischung aus Kollagen und Silikat. Dabei sollte das bestehende Problem der unzureichenden mechanischen Beständigkeit solcher Beschichtungen durch eine starke Verringerung der Schichtdicke und damit eine verbesserte Verformbarkeit an mechanisch belasteten Stellen gelöst werden. Dazu wurde ein neuartiges und kosteneffizientes Verfahren entwickelt, das die Abscheidung von sehr dünnen Schichten ermöglicht.
Vorteile und Lösungen
Die Beschichtung wurde mithilfe einer Kaltplasmaanlage und einem integrierten Vernebelungssystem realisiert. Der in-vitro-Zytotoxizitätstest nach DIN EN IS0:10995-3 zeigte keine negativen Auswirkungen der Beschichtung auf die Stoffwechselaktivität von Zellen. Eine leicht erhöhte Rauigkeit der Oberfläche wirkte sich positiv auf die Adhäsion von Fibroblasten aus. Die hydrophile Oberfläche zeigte zudem ein verbessertes Spreitungsverhalten von Fibroblasten und primären humanen Osteoblasten auf beschichteten Polymerfolien. Obwohl das Kollagen während der Beschichtung mit reaktiven Spezies des Plasmas in Kontakt kommt, konnte keine Denaturierung/ Schädigung oder Vernetzung des Proteins detektiert werden.
Damit kann davon ausgegangen werden, dass das EZM-Protein in seiner nativen Form erhalten geblieben ist. Einen Einfluss des Kollagens oder der Kollagen-Silikat-Schicht auf die Proliferation und Differenzierung der Knochenzellen konnte in bisherigen Versuchen nicht festgestellt werden. Die Beschichtung zeigte eine hervorragende Stabilität im 90°-Peeltest und blieb über mindestens 14 Tage in Zellkulturmedium und in Gegenwart von Zellen stabil auf der Substratoberfläche.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die Beschichtung, die im vorliegenden Projekt entwickelt wurde, zielt darauf ab, die Regeneration von Knochengewebe zu verbessern. Wie sich im Projekt zeigte, ist die Kollagen- bzw. Kollagen-Silikat-Beschichtung besonders geeignet, um die Adhäsion und Ausbreitung von Knochenzellen auf Polymeroberflächen zu unterstützen. Damit kann die Beschichtung zur Regeneration von Knochengewebe beitragen.
Ausgehend von diesen möglichen Anwendungen kann die gesamte Wertschöpfungskette profitieren. Zu nennen wären Rohstoffhändler, Kollagen- bzw. Biomaterialhersteller, Beschichtungsunternehmen, Anlagenhersteller (Plasmasysteme), sowie Anwender aus dem Bereich Zell- und Gewebetechnik (wie Dienstleister im Bereich Tissue Engineering und Zellkultur, Forschungseinrichtungen, Biotechnologie-Unternehmen).
Die Plasmatechnik ist eine Schlüsseltechnologie mit ausgesprochenem Querschnittscharakter für viele Branchen. Der Markt ist sehr vielfältig und reicht von der Mikroelektronik über die Verpackungsbranche bis hin zur Bio- und Medizintechnik.
