Verbesserung der Biokompatibilität metallischer Implantate durch kovalente Anbindung einer quervernetzten Kollagenschicht

Ziel dieser Arbeit war die Verbesserung der Biokompatibilität von metallischen Implantaten durch die kovalente Anbindung einer quervernetzten Kollagenschicht. Als metallische Substrate wurden Reintitan, Ti6Al4V, Ti6Al7Nb und tantalbeschichteter Edelstahl verwendet. Als Beschichtungsmaterial diente fibrilläres und lösliches Typ I Kollagen. Die Biologisierung sollte durch eine optimierte oxidative Vorbehandlung der Oberflächen, die Anbindung von Silanhaftvermittlern und die kovalente Immobilisierung von bioaktivem Kollagen mit anschließender Quervernetzung erreicht werden. Die Anbindung der Haftvermittler konnte durch IR-Spektroskopie, XPS und einen kolorimetrischen Assay qualitativ und quantitativ nachgewiesen werden. Ein Einfluss der oxidativen Vorbehandlung auf die Anbindung wurde festgestellt. Durch die Quervernetzung von Kollagen mit einem wasserlöslichen Carbodiimid (EDC) konnte eine stark verbesserte Stabilität gegenüber enzymatischer Degradation erreicht werden, ohne daß negative Auswirkungen auf das zelluläre Verhalten von mesenchymalen Stammzellen auftraten. Die kovalente Bindung zwischen Protein und Implantatoberfläche konnte mit Hilfe des Enzyms Peroxidase entwickelt und bewiesen werden und wurde auf die Anbindung von Kollagen übertragen. Kovalent gebundenes Kollagen zeigte im Vergleich zu rein adsorptiv gebundenen Schichten eine verbesserte enzymatische und mechanische Stabilität. Eine verbesserte Biokompatibilität, angezeigt durch eine erhöhte Zellproliferation, konnte eindeutig durch die Immobilisierung von fibrillärem Kollagen auf tantalisierten Stahloberflächen nachgewiesen werden. Allerdings ergaben sich hier vergleichbare Ergebnisse für kovalent und adsorptiv beschichtete Implantatoberflächen. Gerade wegen der vielversprechenden Ergebnisse der auf Metalloberflächen durchgeführten Kollagenaseversuche und der mechanischen Tests könnten an dieser Stelle längerfristige in vitro- und in vivo Untersuchungen den eindeutigen Vorteil der kovalenten Anbindung noch bestätigen