Oberflächenstrukturierung

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Johanna Clauser

Gruppenleiterin Hemocompatibility & Blood Experiments

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Hintergrund

Kommt ein körperfremdes Material mit dem Blut in Kontakt, wird eine Fremdkörperreaktion ausgelöst, im Rahmen derer es unter anderem zur Aktivierung von Thrombozyten kommt. Diese lagern sich im Laufe der Gerinnungskaskade zu einem Gerinnsel auf der Materialoberfläche ab. Findet dies auf der Oberfläche eines Medizinproduktes statt (z.B. Herzklappenprothese oder Herzunterstützungspumpe), kann es zu Thromboembolien oder dem Versagen des Medizinprodukts kommen. Um die Hämokompatibilität und damit das Thromboserisiko zu verringern, gibt es verschiedene Ansätze zur Oberflächenmodifikation entsprechender Medizinprodukte. Dazu zählen anorganische Beschichtungen der Oberflächen, Strukturveränderungen oder Variationen der chemischen Eigenschaften. Die Oberflächenstrukturierung ist eine vielversprechende Methode, da hierbei die ursprünglichen Materialeigenschaften nicht weiter beeinflusst werden.

  Lasercanmikroskopaufnahmen von mikrostrukturierten PCU-Folien Urheberrecht: AME Abbildung 1: Lasercanmikroskopaufnahmen von mikrostrukturierten PCU-Folien

Projektziel

Bisherige Untersuchungen haben gezeigt, dass die Mikrostrukturierung von polymeren Biomaterialien ein probates Mittel zur Reduzierung der Thrombozytenaktivierung und -adhäsion und damit zur Verbesserung der Hämokompatibilität ist. Bislang sind die Gründe dafür aber noch nicht ausreichend bekannt, um eine direkte Beziehung zwischen einer Struktur und ihrem Einfluss auf die Hämokompatibilität herzustellen. Das Ziel des Projekts ist die Untersuchung der Thrombozyten-Struktur-Interaktion an strukturiertem Polycarbonat-Urethan (PCU) unter Berücksichtigung verschiedener geometrischer Parameter (siehe Abbildung 1) sowie unterschiedlicher Strömungsbedingungen. Dies ist ein erster Schritt um zukünftig im Rahmen der Entwicklung blutführender Medizinprodukte je nach Anforderungsprofil eine strukturierte Oberfläche mit einer verbesserten Hämokompatibilität einzusetzen.

  Versuchsaufbau In-vitro-Blutversuch in Flusskammern Urheberrecht: AME Abbildung 2: In-vitro-Blutversuch in Flusskammern

Methodik

Um die Reaktion der Thrombozyten auf die verschiedenen Mikrostrukturen zu untersuchen, werden dynamische In-vitro-Blutversuche mit antikoaguliertem Schweineblut durchgeführt (Abbildung 2). Dabei werden unterschiedliche Strömungsbedingungen eingestellt, um zusätzlich deren Einfluss auf das Struktur-Thrombozyten-Verhalten zu untersuchen. Anhand von Gerinnungsparametern und einer optischen Analyse mittels Fluoreszenzmikroskopie werden die Thrombozytenaktivierung und –adhäsion auf den unterschiedlichen Oberflächen untersucht (Abbildung 3).

  Mikroskopaufnahme von aktivierten Thrombozyten Urheberrecht: AME Abbildung 3: Fluoreszenzmikroskopie von aktivierten Thrombozyten  
Förderer:

Dieses Forschungsprojekt wird durch das START-Programm der Medizinischen Fakultät der RWTH Aachen gefördert.