Reducing blood clots through nanostructured surfaces

Wenn Blutgefäße stark geschädigt sind oder die Herzklappen nicht mehr richtig arbeiten, muss Ersatz her. Allein in Deutschland werden daher pro Jahr ca. 190.000 Gefäßprothesen und 30.000 Herzklappenersätze implantiert. Diese Lebensretter bestehen in der Regel aus Kunststoffen. Neben vielen Vorteilen haben diese Materialien einen wesentli­chen Nachteil beim Kontakt mit Blut: Sie aktivieren häufig die Gerinnung, was dazu führen kann, dass sich auf ihrer Oberfläche Blutgerinnsel bilden. Lösen sich diese von den Material­oberflächen, kann es zu lebensbedrohlichen Komplikationen, wie Thrombosen oder Embo­lien, kommen. Daher müssen Patienten mit solchen Implantaten oft ein Leben lang Gerin­nungshemmer einnehmen und leiden unter deren Nebenwirkungen.

Einen neuen Ansatz zur Lösung dieser Probleme haben jetzt Forschende von der Friedrich-Schiller-Universität Jena entwickelt. Dazu schuf das Team um die Physikerin und Material­wissenschaftlerin Dr. Izabela Firkowska-Boden besondere nanostrukturierte Polymerober­flä­chen. „Beim Abkühlen aus der Schmelze bilden sich unter den richtigen Bedingungen feinste hochgeordnete Oberflächen­muster aus Polymerkristallen auf diesen Materialien. Diese Kristalle sind nur wenige zehn Milliardstel Meter groß“, sagt Firkowska-Boden.

Fibrinogen richtet sich entlang der Muster aus

Der Clou dabei: Diese geordneten Muster sind etwa genau so klein wie das Eiweißmolekül Fibrinogen, das ein wichtiger Faktor bei der Blutgerinnung ist. Durch diese Größenüberein­stim­mung und physikalische Kräfte richtet sich das Fibrinogen entlang der Muster aus. Wer­den Blut­plättchen, sogenannte Thrombozyten, die ebenfalls wichtig bei der Blutgerinnung sind, mit den mit Fibrinogen behandelten Polymermustern in Kontakt gebracht, verändern sich diese. „Die Änderungen der Blutplättchen sind stark von der Struktur der Polymermuster abhängig und lassen sich durch diese beeinflussen“, erklärt die Wissenschaftlerin. Während die Blutplättchen sich auf einem Polymermuster stark verändern und ihr Potenzial für die Blut­gerinnung steigern, reagieren diese Blutplättchen auf anderen Polymermustern kaum, wie Firkowska-Bodens Team jetzt herausfand.

Neues Design der Oberflächen von Biomaterialien ist das Ziel

„Aus biomedizinischer Sicht zeigt unsere Arbeit, dass die Material-Oberflächenstrukturierung in einem nanoskaligen Größenbereich einen Feinabstimmungsmechanismus zur Manipula­tion der Fibrinogen-Bioaktivität und Blutplättchenaktivierung bieten kann, der vielver­sprechend für das Design neuer thromboresistenter Oberflächen von Biomaterialien ist“, so Dr. Firkowska-Boden. Damit wäre ein wichtiger Schritt getan, Implantatmaterialien aus Poly­meren in Zu­kunft weniger anfällig für die Bildung von Blutgerinnseln zu machen.

Die Forschungsergebnisse sind in der amerikanischen Fachzeitschrift „Langmuir“ veröffentlicht worden.