Biomaterials in contact with soft tissue and blood
Biomaterialien in Kontakt mit Geweben und Blut
Detlef Behrend
1Katrin Sternberg
1Klaus-Peter Schmitz
11 University of Rostock, Institute of Biomedical Engineering, Centre of Excellence for Biomaterials, Rostock-Warnemünde, Germany
Short version
The permanently growing demand for smart and effective implants comes from surgeons and on the other hand from the patients. Therefore, the interest is focused on the development of biofunctionalized materials for surgical applications. For this implants it is necessary to have an excellent biocompatibility and a biocompatibility without any toxic degradation products. The biocompati- bility is a fundamental issue, which will largely determine the performance of the implanted device.
Each artificial material – perhaps with the exception of pyrolytic carbon – has no immediate ideal histocompati- bility. It is just a foreign body! But we can improve the foreign body reaction with a surface coating of the sup- porting matrix with proteins. Water-soluble proteins such as albumin, collagen or fibronectin favour are qualified for this purpose.
Adhesion of cells on a supporting substrate is essential for the cell function. The exchange mechanisms of nutri- ments and the specific metabolic receptors are different distributed on the cell surface. Therefore a three dimen- sional arrangement is necessary for full use of the whole cell efficiency. In principle foam structures from ceramics or open cell foam composites are conceivable.
In addition bioresorbable materials, e.g. for sutures and temporary osteosynthesis devices needs essential mechanical properties, depending on the application and implantation duration. Another demand is the structure compatibility of an artificial device.
Kurzfassung
Ein ständig steigender Bedarf an hochspeziellen und ef- fektiven Implantaten geht sowohl von Ärzten als auch von Patienten aus. Dementsprechend konzentriert sich
das Interesse auf die Entwicklung biofunktionalisierter Materialien für chirurgische Anwendungen. Diese Im- plantate müssen eine exzellente Biokompatibilität ohne die Freisetzung toxischer Abbauprodukte aufweisen. Die Biokompatibilität ist daher eine grundlegende Anforder- ung, die die Funktionalität des Implantats in hohem Maße bestimmt.
Jedes künstliche Material – vielleicht mit Ausnahme des pyrolytischen Kohlenstoffs – hat keine von vornherein ideale Gewebeverträglichkeit. Es handelt sich immer um einen Fremdkörper! Jedoch kann die Fremdkörperreaktion durch Oberflächenbeschichtung der verwendeten Matrix mit Proteinen verbessert werden. Wasserlösliche Eiweiße wie Albumin, Kollagen oder Fibronectin sind für diesen Zweck besonders geeignet.
Die Adhäsion von Zellen auf dem Implantat ist für die Funktion der Zellen entscheidend. Die Austauschmecha- nismen von Nährstoffen und spezifische metabolische Rezeptoren sind unterschiedlich auf der Zelloberfläche verteilt. Daher ist für die vollständige Nutzung der zel- lulären Leistungsfähigkeit eine dreidimensionale Anord- nung erforderlich. Im Prinzip sind hierfür schaumartige Strukturen aus Keramik oder offene schaumartige Zell- strukturen auf der Basis von Verbundmaterialien vorstell- bar.
Darüber hinaus müssen bioresorbierbare Materialien, z.B. für Nahtmaterialien oder für nur zeitweise erforder- liche Implantate zur Unterstützung der Osteosynthese, in Abhängigkeit von der Anwendung und der Implanta- tionsdauer definierte mechanische Eigenschaften besit- zen. Eine weitere Notwendigkeit ist die Strukturkompati- bilität von Implantaten.
Corresponding author:
Detlef Behrend
University of Rostock, Institute of Biomedical Engineering, Centre of Excellence for Biomaterials, Friedrich-Barnewitz- Str. 4, 18119 Rostock-Warnemünde, Germany
detlef.behrend@uni-rostock.de
Please cite as
Behrend D, Sternberg K, Schmitz KP. Biomaterials in contact with soft tissue and blood. GMS Krankenhaushyg Interdiszip. 2008;3(1):Doc02.
This article is freely available from
http://www.egms.de/en/journals/dgkh/2008-3/dgkh000100.shtml
1/2 GMS Krankenhaushygiene Interdisziplinär 2008, Vol. 3(1), ISSN 1863-5245
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2/2 GMS Krankenhaushygiene Interdisziplinär 2008, Vol. 3(1), ISSN 1863-5245
Behrend et al.: Biomaterials in contact with soft tissue and blood
