Journal 02-01 - Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

scientia halensis 2/2001
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Fachbereich Ingenieurwissenschaften
WECHSELWIRKUNG ZWISCHEN LEBEWESEN UND MATERIAL
IM TREND VON FORSCHUNG UND LEHRE: BIOMEDIZINISCHE MATERIALIEN
Jürgen Vogel und Jörg Kreßler
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An der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat sich die wissenschaftliche Zusam-
10 menarbeit zwischen dem Fachbereich Ingenieurwissenschaften und der Medizinischen Fakultät
sehr rasch und dynamisch entwickelt. Etwa 1995 kam es zu den ersten tragfähigen
wissenschaftlichen Kooperationen zwischen einzelnen Arbeitsgruppen. Das Potenzial der
engen Zusammenarbeit bei der Entwicklung von Biomedizinischen Materialien und der
Verbesserung ihrer Eigenschaften sowohl unter Materialaspekten als auch hinsichtlich ihrer
Eignung für Anwendungen in der Medizin wurde recht bald erkannt. Folgerichtig etablierte
sich die Forschungsrichtung Biomedizinische Materialien zu einem der Schwerpunkte am
Fachbereich Ingenieurwissenschaften. Auch die Ausbildung der Studenten und Studentinnen
zu diesem attraktiven und gefragten Forschungsgebiet wurde in diese Richtung profiliert
(siehe Seite 9).
Was sind Biomedizinische Materialien?
Dieser Begriff hat sich international durchgesetzt,
sein Ursprung liegt im angelsächsischen
Sprachraum. Er steht für Materialien
bzw. Werkstoffe, die nach entsprechender
Anpassung der Eigenschaften an die Besonderheiten
in biologischem Milieu, speziell
im menschlichen Körper, Anwendung
finden. Die daraus resultierende Spezifik
hinsichtlich der Anforderungen an diese
Materialien ergibt sich aus den Wechselwirkungen
zwischen Lebewesen und Material.
Dabei spielt es zunächst keine
Rolle, ob das Material intrakorporal (beispielsweise
als Implantat) oder extrakorporal
(beispielsweise für Geräte der Medizintechnik)
mit humanbiologischen Medien,
wie Gewebe, Blut oder Urin, in Kon-
takt kommt. Neben den mechanischen und
konstruktiven Erfordernissen, die biomedizinische
Materialien erfüllen müssen, sind
also die über die Oberfläche bzw. Grenzfläche
vermittelten Wechselwirkungen von
besonderer Bedeutung. Gleichrangig zu behandeln
sind Werkstoffkennwerte der Korrosion
bzw. des Abbauverhaltens und
Kenntnisse zu Versagensmechanismen in
biologischer Umgebung bzw. unter medizinischen
Bedingungen.
Forschungsmöglichkeiten
Aus der Vielzahl der Ansatzpunkte für gemeinsame
Forschungsarbeiten seien an dieser
Stelle einige genannt:
• Tissue engineering zur Verbesserung der
In Abbildung 1 ist das Ausgangsmaterial mit dem Handelsnamen Porex® dargestellt. Es ist ein
Polyethylen niederer Dichte. Die Porenstruktur liegt in der das Einwachsen von Bindegewebe
begünstigenden Größenordnung.
Wechselwirkung zwischen lebendem Gewebe
und Implantaten
• Entwicklung von Hydrogelen
• Entwicklung von Mikrokapseln für die
immunoprotektive Einschleusung von lebenden
Zellen für die Gentherapie und
auch als Depot für Pharmaka
• Charakterisieren der mechanischen Eigenschaften
von Weich- und Hartgewebe wie
Knorpel und Knochen
• Optimierung der Oberflächeneigenschaften
von Gefäßen zur Verbesserung des
Flüssigkeitstransportes innerhalb dieser
Gefäße
• Verbesserung der Haltbarkeit des Verbundes
synthetischer polymerer Zahnersatzmaterialien
auf natürlichen Zähnen
• Besiedelung chirurgischer Nahtmaterialien
mit Bakterien in Abhängigkeit von ihrer
chemischen Natur und in Abhängigkeit von
der physikalischen Struktur des Nahtmaterials
• Biologische Abbaubarkeit von synthetischen
Nahtmaterialien, insbesondere in der
Mundhöhle
Die globale Zielstellung für das Forschen
und Lehren auf diesem Gebiet ist letztlich
die Verbesserung der medizinischen Versorgung,
die aufgrund der demographischen
Entwicklungen und der steigenden Kosten
im Gesundheitswesen immer bedeutender
wird. Die Arbeiten zu der Problematik erfordern
solide ingenieurwissenschaftliche
Kenntnisse unter strenger Beachtung der
biologischen bzw. medizinischen Besonderheiten.
Interdisziplinarität
Das Arbeitsfeld zur Entwicklung neuer
und die Verbesserung bereits in Anwendung
befindlicher biomedizinischer Materialien
erfordert eine sehr enge Zusammenarbeit
zwischen verschiedenen Wissenschaftsdisziplinen.
An der Martin-Luther-
Universität Halle-Wittenberg sind beste
Bedingungen gegeben, diese Disziplinen
zusammenzuführen. Dazu gehören Ingenieurwissenschaftler,
Chemiker, Physiker,
Toxikologen, Immunologen und Mediziner.
Auch die Kooperationsmöglichkeiten mit
den fachdisziplinübergreifenden Organisationsstrukturen
der Universität, wie das
Interdisziplinäre Wissenschaftliche Zentrum
für Materialwissenschaften (IWZ)
und das Zentrum für Angewandte Medizinische
und Humanbiologische Forschung
(ZAMED), bieten gute Bedingungen für