English China
Suchen

Zellzüchtung Poröse Aluminiumstruktur für die Zellzüchtung

Redakteur: Dipl.-Chem. Marc Platthaus

Implantate, die Wirkstoffe speichern und ans umgebende Gewebe abgeben oder sich selbst von Bakterienbelag befreien; aktive Oberflächen, die das Wachstum bestimmter Zellarten zu bestimmten Orten auf der Oberfläche lenken und somit das Züchten von komplexen Geweben, vielleicht sogar ganzen Organen ermöglichen: Diesen Zielen sind Materialforscher des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung nun näher gekommen.

Firmen zum Thema

Ein Aluminiumschwamm mit vielen Funktionen: Die grün eingefärbte und in der Mitte gespiegelte Aufnahme eines Rasterelektronenmikroskops zeigt die poröse Struktur, die sich einfach herstellen lässt, Zellen Halt bietet, mit einer Beschichtung versehen und Wirkstoffen beladen werden kann. (Bild: Ekaterina Skorb/MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung)
Ein Aluminiumschwamm mit vielen Funktionen: Die grün eingefärbte und in der Mitte gespiegelte Aufnahme eines Rasterelektronenmikroskops zeigt die poröse Struktur, die sich einfach herstellen lässt, Zellen Halt bietet, mit einer Beschichtung versehen und Wirkstoffen beladen werden kann. (Bild: Ekaterina Skorb/MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung)

Potsdam – Die Max-Planck-Wissenschaftler haben ein Material entwickelt, das gewebeverträglich und mechanisch belastbar ist, gleichzeitig das Wachstum von Zellen sowohl in der Zeit als auch räumlich steuern und Wirkstoffe in seiner porösen Struktur speichern und bei Bedarf abgeben kann. Die Golmer Forscher um Katja Skorb haben in Zusammenarbeit mit Kollegen der Universität Bayreuth eine simple Aluminiumoberfläche in einen Tausendsassa für biologische Anwendungen verwandelt. Das Material bietet Halt für Zellen, speichert Wirkstoffe, die bei Bedarf abgegeben werden können, ermöglicht ein gemustertes Wachstum von Zellen und reinigt sich selbst.

Schwammähnliche Struktur an der Oberfläche

Die Forscher bestrahlen die Aluminiumoberfläche in einem Wasserbad mit Ultraschall, wodurch sich eine ungefähr 200 Nanometer dicke schwammähnliche Struktur entwickelt, die mit dem darunterliegenden Aluminium fest verbunden bleibt. Der Ultraschall erzeugt Hitze und chemisch reaktive Moleküle aus dem Wasser, die mit der Oberfläche reagieren. So bildet sich die poröse Struktur. Diese bietet ausgezeichneten Halt für Zellen oder Schutzschichten. Darüber hinaus lassen sich in den Poren Wirkstoffe, etwa Antiseptika, Desinfektionsmittel oder Medikamente, speichern.

Selbstreinigung durch eine pH-empfindliche Kunststoffbeschichtung

Die Golmer Forscher zeigten, dass sich auf ihrer porösen Struktur Bakterien in definierten räumlichen Mustern und zeitlich gesteuert züchten lassen. Zu diesem Zweck beschichteten sie die poröse Aluminiumoberfläche mit einem Kunststoff, der Mizellen bildet. Dabei handelt es sich um winzige Kunststoff-Kapseln, die aus einem Kern, einer Schale und einer Korona bestehen, welche die Schale wie eine zweite Hülle umgibt. Die Korona besteht aus fadenförmigen Molekülen, die wie die Stacheln eines Igels flach an der Schale anliegen oder strahlenförmig von ihr wegweisen können. Ersteres tun sie bei einem hohen und letzteres bei einem niedrigen pH-Wert der Lösung, in der sich die Mizellen befinden. Denn bei sinkendem pH-Wert verliert die Schale ihre negative Ladung. Dann haften die positiv geladenen Koronafäden zum einen nicht mehr an ihr. Zum anderen bewirkt die positive elektrische Ladung der Mizellen, dass diese sich gegenseitig abstoßen und strahlenförmig ausrichten.

Bindung der Bakterien wurden über den pH-Wert gesteuert

Über diesen Mechanismus kontrollierten die Golmer Forschern die Bindung von Bakterien an die Aluminiumoberfläche: Sie tauchten Aluminiumproben mit poröser Oberfläche in eine Bakterienlösung. Im Mikroskop war zu sehen, dass sich die Mikroorganismen auf der Oberfläche niederließen. Durch ihren Stoffwechsel versauerten die Bakterien die Lösung, senkten also ihren pH-Wert. Dadurch streckten sich die Fadenmoleküle der Mizellen mit den Mikroorganismen – ähnlich wie ein Igel seine Stacheln aufstellt. Daraufhin lösten sich die Milchsäurebakterien von der Oberfläche. „Das ist ein spektakulärer Selbstreinigungs-Effekt, der bei einem ganz bestimmten pH-Wert ausgelöst wird“, sagt Katja Skorb.

(ID:31132460)