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AG Krajewski „Biokompatibilität und Oberflächenfunktionalisierung“

Die AG „Biokompatibilität und Oberflächenfunktionalisierung“ befasst sich schwerpunktmäßig mit dem Nachweis der Biokompatibilität (dentaler) Biomaterialien durch eine Reihe an biologischer Testverfahren. Hierbei kommen In-vitro- sowie In-vivo-Modelle zur Untersuchung der Zytotoxizität, der Immunogenität und der Hämokompatibilität sowie zur Minimierung der bakteriellen Biofilmbildung zum Einsatz. Gleichzeitig liegt ein wesentlicher Schwerpunkt auf der Erforschung und Herstellung von neuartigen passiven und aktiven Beschichtungen, um die Biokompatibilität dieser Implantate zu verbessern. Zudem ist ein primäres Ziel die Entwicklung einer innovativen Therapiestrategie zur Beschleunigung der Wundheilung.  Gemeinsam mit der AG „Biomaterialien und Implantate am biologischen Interface“ wird die antibakterielle Wirkung von Totarol, einer natürlichen Substanz, die aus der Steineibe Podocarpus totara extrahiert wurde, für biomedizinische Anwendungen untersucht. Neben Antibiotika, deren Wirkung inzwischen durch antibiotikaresistente Keime eingeschränkt ist, können solche natürlichen antibakteriellen Wirkstoffe als Prophylaxe gegen Wundinfektionen eingesetzt werden. Totarol hat hier bereits eine antibakterielle Aktivität gegen verschiedene Bakterien gezeigt, einschließlich Staphylococcus aureus und Methicillin-resistenten Staphylococcus aureus (MRSA).

Kontakt

Leitung:
PD Dr. Stefanie Krajewski

07071-29-85781

07071-29-3982


E-Mail-Adresse: stefanie.krajewski@med.uni-tuebingen.de


Forschungsschwerpunkte:

Forschungsschwerpunkte

Neben blutkontaktierenden Implantaten kommt es auch bei Dentalimplantaten während der Implantation zum Blutkontakt mit der Biomaterialoberfläche, wodurch es zur initialen Adsorption von niedermolekularen Plasmaproteinen sowie zur Aktivierung des hämostatischen Systems kommt. Hierdurch kommt es innerhalb von ein paar Sekunden zu der Bildung eines transienten Proteinfilms auf der Oberfläche („solid-liquid-interface“). Das Projekt fokussiert sich auf die Analyse und Konzentrationsbestimmung der adhärierten Plasmaproteine (u. a. Fibronektin, Fibrinogen, Albumin, Komplementfaktor C3, Vitronektin) sowie auf den Grad der Thrombozyten- und Blutgerinnungsaktivierung, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Blut und verschiedenen Biomaterialien zu verstehen.

Eine zentrale Frage ist hierbei, welche Rolle diese initialen Phänomene bei den nachfolgenden Wundheilungsprozessen und der Osseointegration spielen.


Diese Untersuchungen dienen ebenfalls der vergleichenden Beurteilung neuer Implantatmaterialien und neuartiger Oberflächenmodifikationen. Neben Nitinol, Titan- und Titan-basierten Beschichtungen werden aktuell auch bioresorbierbare Implantatmaterialien, bioaktive Beschichtungen sowie amorphe Silizium- und/oder Kohlenstoff-Basisschichten analysiert.

Rasterelektronenmikroskopische Analyse einer Implantatoberfläche nach Kontakt mit humanem Vollblut.

Durch die Fremdkörperexposition sowie die funktionalisierende und präkonditionierende Schicht aus Plasmaproteinen kommt es zur Aktivierung immunogener Prozesse, welche v. a. durch die Adhäsion verschiedener Plasmaproteine und deren Konzentrationserhöhung initiiert werden. Die Aktivierung des Komplementsystems, die Freisetzung von Zytokinen und Wachstumsfaktoren sowie spezielle Makrophagen sind maßgeblich an der Induktion der Osteoblastendifferenzierung beteiligt. Dieser Forschungsschwerpunkt zielt deshalb auf die Etablierung von humanbasierten Kokultur-Modellen ab, um die immunmodulatorischen Effekte verschiedener Biomaterialien zu untersuchen und um das komplexe Zusammenspiel von Implantatoberflächen und fremdkörperassoziierten Immunreaktionen valide untersuchen zu können.

Weiterhin sollen immunologische Reaktionen bei verschiedenen klinischen Behandlungsmethoden untersucht werden.

Ziel dieses Forschungsschwerpunktes ist es neuartige und effektive Implantatbeschichtungen zu entwickeln und zu untersuchen. So sollen u.a. durch die Induktion von spezifischen wundheilungsfördernden Wachstumsfaktoren physiologisch ablaufende Prozesse verstärkt und somit eine schnellere Wundheilung und eine damit einhergehende Reduktion von implantatassoziierten Komplikationen, verursacht primär durch bakterielle Infektionen, erzielt werden.

Weiterhin ist daher ein wichtiger Ansatz die Identifizierung von antibakteriell-wirkenden Substanzen, die durch eine kontrollierte Freisetzung vom Implantat über mehrere Wochen hinweg effektiv vor Infektionen schützen. Die klinische Situation kann so für die Patienten erheblich verbessert werden.

In-vitro-Untersuchung einer antibakteriellen Implantatbeschichtung gegenüber Staphylococcus aureus über 25 Tage.

Literatur

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