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Kunststoffe in der Medizin - biodegradables Polylactid als biologisch-abbaubares Nahtmaterial

Referat (Ausarbeitung) 2011 17 Seiten

Chemie - Materialchemie, Werkstoffchemie

Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

EINLEITUNG

VORAUSSETZUNGEN AN POLYMERE IN DER MEDIZIN
Biokompatibilität
Biokompatibilitätsprüfung und Zulassungsverfahren
Abbaubarkeit/Degradation
Kristallinität
Compoundierung

KUNSTSTOFFE IN DER MEDIZIN
I. POLYLACTID (PLA)
Herstellung/Synthese
Eigenschaften
Biokompatibilität/Degradation

LITERATURVERZEICHNIS

Einleitung

Kunststoffe sind aufgrund ihrer Funktions- und Artenvielfalt in so ziemlich jedem Lebensbereich und Anwendungsgebiet mit verschiedensten Funktionen zu finden. Obwohl die Geschichte der Kunststoffe erst vor ca. 130 Jahren begonnen hat, sind sie heute als Verpackungsmaterial, Spielzeug, Gläser und Utensilien nicht mehr wegzudenken.

Insbesondere für die Medizin bedeutete der Einsatz erster Kunststoffe eine Innovation. Während sich in den bisher genutzten Glas- und Keramikbechern und andere Utensilien trotz intensiver Reinigung Erreger bilden konnten, tragen beispielsweise „Wegwerf"- oder „Einweg"-Plastikbecher unmittelbar zur Steigerung der Hygiene bei. Aber auch innerhalb des Körpers übernehmen moderne Kunststoffe heute eine lebenslange Ersatzfunktion, so sind künstliche Gelenke heute keine Seltenheit mehr, da sie sehr häufig eingesetzt werden. Es geht sogar schon soweit, dass so manche Frau, natürlich auch so mancher Mann, ihren Körper zumeist aus rein kosmetischen Gründen mit künstlichen Brustimplantaten bestückt.

Andere, zum Beispiel Joghurt- und Milchunternehmen, machen sich die Naturverträglichkeit bzw. Eigenschaften mancher Kunststoffe in ihren Verpackungsmaterialien gezielt zu Nutze. Diese verwendeten Kunststoffe bauen sich nach einem gewissen Zeitraum ohne Einwirkung des Menschen ab. Deswegen sind sie naturfreundlicher als andere Kunststoffe, da sie selbst aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Ferner verschmutzen ihre Abbauprodukte die Natur generell weniger. Weitere Bemühungen zum Recycling werden obsolet.

Die praktische Anwendung und Nutzung verschiedenster Kunststoffe ist ein hoch spannendes Themenfeld, gerade weil sie uns in nahezu jedem Lebensbereich begleiten. Wenngleich wir deren Funktion im täglichen Leben heute gleichgültig hinnehmen, war für mich insgeheim die Anwendung in der Medizintechnik ein spannendes Thema. In dieser GFS habe ich mich allerdings auf einen Kunststoff, das Polylactid, beschränkt.

Voraussetzungen an Polymere in der Medizin

In der Medizin sind Kunststoffe heute nicht mehr wegzudenken. Sie finden in vielen Bereichen der Medizin ihre Anwendung. Sofern Kunststoffe bzw. Polymere nicht als Utensilien im Krankenhaus verwendet werden, kommen sie vor allem in der Chirurgie zum Einsatz. Diese müssen strenge Voraussetzungen erfüllen, wenn sie im medizinischen Bereich verwendet werden sollen.

Biokompatibilität

Polymere erfüllen als Implantate, demzufolge im natürlichen Gewebe, eine Ersatzfunktion, gleichwohl bleiben sie nach wie vor ein körperfremdes Material. Damit diese künstlichen „Ersatzmaterialien", z.B. künstliche Herzklappen oder Gelenke, ihre Funktion möglichst langfristig erfüllen, trotzdem aber vor allem für den menschlichen Organismus ungefährlich bleiben, ist die wichtigste Nutzungsvoraussetzung die Biokompatibilität.

„Bio-kompatibel" bedeutet der Definition nach „im Einklang mit den Lebensvorgängen".[1] Unter dem Begriff Biokompatibilität versteht man also die Verträglichkeit eines Biomaterials, zum Beispiel von Polymeren, mit dem biologischen System. Im Wesentlichen sagt die Biokompatibilität etwas darüber aus, ob das verwendete Biomaterial das biologische System durch Wechselwirkungen zwischen zum Beispiel Implantat und Gewebe beeinträchtigt, schädigt oder im schlechtesten Fall zerstört.

Ob ein solcher Fremdkörper akzeptiert oder abgestoßen wird, hängst deshalb einerseits von den physikalischen, chemischen und strukturellen Eigenschaften (Molekulargewicht, Kristallinität, Degradationgrad) des Biomaterials und andererseits von der Vielzahl möglicher Reaktionen des biologischen Gewebes auf dieses Biomaterial ab.

Biokompatibilitätsprüfung und Zulassungsverfahren

Die moderne Kunststoffforschung eröffnet durch ein vielfältiges Angebot an Kunststoffen ungeahnte Möglichkeiten. Künstliche Gelenke, Zahnprotesten oder biologisch-abbaubare bzw. - resorbierbare Nahtmaterialien gehören zum Leben eines normalen Menschen mittlerweile dazu. Sie ermöglichen so manchem Menschen eine zweite Chance, schmerzfrei und sorgenfrei ihr weiteres Leben in die Hand zu nehmen. Dennoch ist die Zulassung eines solchen Kunststoffes für die klinische Anwendung im menschlichen Körper mit strengen Prüfungsmechanismen verbunden. Die Europäische Union versucht mit einem Beschluss ab dem 14. Juni 1998[2] alle Medizinprodukte mit strengen Zulassungsvorschriften und -normen in Europa zu standardisieren, damit diese Kunststoffe durch ein CE-(Comite Europeen de NormalisationJ-Kennzeichen einheitlich als ungefährlich eingestuft werden können. Im Umkehrschluss können sie für den klinischen Einsatz legal in hiesigen Krankenhäusern und Praxen zugelassen werden.

Die Prüfung der Biokompatibilität spielt dabei eine entscheidende Rolle für die Zulassung eines solchen Biomaterials. Insbesondere an neu entwickelte Biomaterialien ist die Voraussetzung gestellt, dass diese keine schädlichen Auswirkungen auf den Organismus haben oder ihre Ersatzfunktion schon nach kurzer Zeit durch Wechselwirkungen einbüßen. Gewisse Wechselwirkungen sind unter Umständen gewünscht, wobei sichergestellt sein muss, dass die Abbauprodukte keine negativen Auswirkungen auf das biologische System haben. Man unterscheidet zwischen zwei verschiedenen Prüfungsmethoden.

Unter den In vivo Untersuchungen versteht man Tierexperimente. Forschern, Wissenschaftlern und Prüfern ist allerdings nicht im Sinne, diese Tiere unnötig zu quälen oder mutwillig zu gefährden, weshalb man Tierversuche auf ein Minimum reduziert. Deshalb gewinnt die zweite Prüfungsmethode, die In vitro Untersuchung, die Biokompatibilität anhand von Zell- und Organkulturen zu prüfen, an Bedeutung, sie ist sogar schon heute Bestandteil nationaler und internationaler Zulassungsnormen. Bei dieser Methode werden standardisierte oder spezifische Zellisolate aus dem Zielgewebe gewonnen, die anschließend auf eine mögliche Verträglichkeit getestet werden. Im

Gegensatz zur erstehen Prüfmethode werden diese Tests selektiv, damit subjektiv isoliert, weshalb es schwierig ist, alle möglichen Unverträglichkeiten herauszufiltern. Nicht zuletzt aus diesem Grund ist eine Zulassung ein sehr langwieriger und aufwendiger Prozess.

Abbaubarkeit/Degradation

Der menschliche Körper verfügt über ein sehr intelligentes Abwehrsystem (Immunsystem), dass den Organismus vor irreversiblen Schäden schützen und Fremdstoffe (z.B. Bakterien) herausfiltern und zerstören soll. Da es sich bei Polymeren ebenfalls um Fremdkörper handelt, finden zwischen Implantat und Zielgewebe Wechselwirkungen statt, sodass diese zum Beispiel durch eine Hydrolyse in ihre Einzelteile aufgespalten und anschließend ausgeschieden werden oder durch eine enzymatische Reaktion, wobei zum Beispiel ein Polymer durch bestimmte Enzyme katalysiert wird.

Diese Polymere werden als biodegradable oder biokompatible Polymere bezeichnet, da trotz ihrer Abbaubarkeit bewusst zum Beispiel in der Chirugie als Nahtfäden verwendet werden. Eine optimale Anwendung ist dann gegeben, wenn die Degradationsprodukte des Polymers vollständig in den biologischen Kreislauf integriert werden, dementsprechend von jenen Wechselwirkungen abgebaut und ausgeschieden werden.[3]

Am Beispiel des Polylactid wird eine Degradationsreaktion auf den folgenden Seiten schematisch nochmals erläutert. Es ist wichtig, sich vor Augen zu führen, dass eine solche Degradationsreaktion auf verschiedenste Art und Weise stattfinden kann. Die für uns in diesem Zusammenhang wichtigste ist jedoch die Hydrolyse sowie enzymatische Reaktion.

[...]


[1] C. Neidlinger-Wilke, Biokompatibilität von Implantatmaterialien, S.111

[2] vgl. Deutsches Ärzteblatt 96, Heft 15, 16. April 1999, S.40

[3] (Erich Wintermantel, Biodegradable Polymere)

Details

Seiten
17
Jahr
2011
ISBN (eBook)
9783640895571
ISBN (Buch)
9783640896387
Dateigröße
653 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v170657
Note
1,25
Schlagworte
kunststoffe kunststoffe in der medizin polylactid biodegradable polymere biologisch-abbaubare Kunststoffe faltenunterspritzung mit polylactid polymilchsäure

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