Freisetzungssysteme für Wachstumsfaktoren zur Beschichtung von Implantaten

Für die funktionelle Wiederherstellung von Knochen im menschlichen Körper werden in der Chirurgie und Orthopädie Implantate aus unterschiedlichen Materialien eingesetzt. Diese Implantate müssen besonderen Anforderungen bezüglich ihrer Struktur als auch ihrer Oberfläche genügen. Entscheidend für das Einwachsen des Implantates durch die sogenannte Osseointegration ist die Implantatoberfläche. Eine Modifizierung der Oberfläche kann die Verankerung des Implantates im Knochen sowie die Implantatverträglichkeit verbessern und dadurch das Einwachsen des Implantates beschleunigen und somit den Heilungsprozess verkürzen.
Als Material für die Beschichtung der Oberfläche bieten sich insbesondere solche Stoffe an, welche die Knochenbildung anregen. Proteinogene Wachstumsfaktoren aus der Gruppe der Bone Morphogenetic Proteins (BMP) haben diese Fähigkeit zur Induktion einer Knochenneubildung. Medizinisch relevant ist vor allem das BMP-2, welches in Form von rekombinantem humanem BMP-2 (rhBMP-2; Tertiärstruktur des Dimers in Abbildung oben; Quelle: SwissProt) und einer Matrix als Ersatz für körpereigenen Knochenspan eingesetzt wird.

Um die osteoinduktiven Eigenschaften des rhBMP-2 nutzen zu können, muss es lokal in bestimmten Konzentrationen vorliegen. Die Wirksamkeit des BMP-2 konnte durch Induktion der Aktivität der alkalischen Phosphatase in Maus-Präosteoblasten-Zellen (MC3T3-E1) nachgewiesen werden (Bilderfolge unten).

Da rhBMP-2 aber gut wasserlöslich ist, kann ein nachhaltiger Effekt einer Beschichtung mit rhBMP-2 alleine nicht erreicht werden. Ausgehend von Addukten aus BMP-2 und ionischen Polymeren haben wir ein System entwickelt, das rhBMP-2 retardiert freisetzt. Für diese Addukte wurden natürliche, biodegradierbare Polymere auf der Basis von Polysacchariden mit verschiedenen anionischen und kationischen Gruppen modifiziert. Diese bilden mit dem rhBMP-2 in Wasser schwerlösliche Präzipitate, die auf den Implantaten gut haften. Die Cytokompatibilität der ionischen Polymere und die osteoinduktiven Eigenschaften des rhBMP-2, das aus diesen BMP-Polymeraddukten freigesetzt wurde, konnten in ersten in-vitro-Versuchen nachgewiesen werden.

Ansprechpartner:
Dr. Armin Kautz