Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Systematische Prozessauslegung für die Herstellung nanomodifizierter Implantate aud Faserbasis für den Einsatz in der Ablationsthermie

Krebserkrankungen stellen die zweithäufigste Todesursache in Deutschland dar. Dabei infiltriert bzw. verengt die Tumormasse häufig Gefäße und Hohlorgane. Die Entfernung der Tumormasse erfolgt i.d.R. chirurgisch. Durch lokale Rezidive kommt es nicht selten zu einem erneuten Verschluss bzw. einer Restenose. Zurzeit werden herkömmliche Metallstents oder Kunststoffröhrchen eingesetzt, um die betroffenen Hohlorgane offen zu halten. Diese haben den Nachteil, dass sie die zu therapierenden tubulären Strukturen nicht langfristig offen halten können. Durch eine lokale Hyper-thermie, vermittelt über induktiv aufheizbare Nanoferritfasern kann der Tumor, bei Bedarf mehrmals, lokal zerstört und somit die tubuläre Struktur im Sinne einer „Selbstreinigung“ wiedereröffnet werden. Hierzu wird im Rahmen des vorliegenden Antrages eine systematische Prozessauslegung für die Herstellung nanomodifizierter faserbasierter Implantate für den Einsatz in der Ablationsthermie und einen dauerhaften Verbleib im Körper erarbeitet.

Die technischen Herausforderungen in der Entwicklung von Nanoferritfasern liegen in der homogenen Partikelverteilung ohne makroskopische Agglomerate im Nanocompound sowie in der kontinuierlichen Herstellung von Nanoferritfasern im Schmelzspinnprozess. Angestrebtes Forschungsergebnis, ist die Entwicklung einer Plattformtechnologie zur Behandlung von Restenosen durch Tumorwachstum.

Volkswirtschaftlich betrachtet, trägt das neu zu entwickelnde Produkt durch die gezielte lokale Ablasionsthermie mit Nanoferrit modifizierten Implantaten zur Ressourceneffizienz bei, da durch die neuen Implantate die Operationshäufigkeit und somit die Krankenhausaufenthaltsdauer gesenkt wird und dadurch die Versorgungskosten reduziert werden können.

Das angestrebte Projekt hat eine hohe wirtschaftliche Bedeutung für KMU, die 95 % der aktiven Medizintechnikunternehmen in Deutschland ausmachen. Die Ergebnisse bieten vorwettbewerbliche Vorteile, da sie die Innovationskraft der Unternehmen erhöhen und die Entwicklungszeiten neuer Medizinprodukte verringern. Im Bereich der Medizintextilien werden 7 % des gesamten weltweiten Umsatzanteils erzielt, wobei Nanotechnologien als Wachstumstreiber identifiziert wurde.

Ergebniszusammenfassung:

Für die Herstellung magnetischer Nanopartikel (MNP) mit spezifischer Sättigungstemperatur wurde im vorliegenden Projekt der Syntheseweg einer Co-Fällungsreaktion etabliert.

Die MNP wurden –nach einer Prozessauslegung mit einem kommerziellen Partikelsystem- in spinnbare Compounds verarbeitet. Dabei konnte eine gute Verteilung von Partikelagglomeraten geringer Größe (100 – 200 nm) erreicht und mittels Transmissionselektronenmikroskopie analysiert werden. Ein Verlust der spezifischen Aufheizleistung in Folge der Verarbeitungsprozesse im Vergleich zu immobilisierten Partikeln wurde nicht beobachtet.

Mit diesen Compounds konnte ein stabiler Schmelzspinnprozess für Nanoferritfasern mit einer Partikel-Nennkonzentration von bis zu 16 wt% im Pilotmaßstab aufgebaut werden. Dabei wurden Wickelgeschwindigkeiten von bis zu 1780 m/min realisiert. Die Zugfestigkeit der Nanoferritfasern erreichen bei einem maximalen Verstreckverhältnis von 4,5 eine feinheitsbezogene Zugkraft von ca. 30 cN/tex. Mit dem FFLS-Partikelsystem sind keine Einschränkungen im Vergleich zu unadditiviertem Polypropylen erkennbar. Neben diesen –als Plattformtechnologie zu betrachtenden Filamenten- wurden für den Anwendungsfall „Hyperthermiestent“ angepasste, dickere Filamente hergestellt. Für beide Fasersysteme wurde eine textiltechnische Verarbeitbarkeit im Rahmen der Demonstratorherstellung mittels maschinellen Rundflechtens gezeigt. Funktionelle Demonstratoren wurden zudem für Partikelnennkonzentrationen von 0, 2, 4, 8, 16 sowie 20 wt% sowohl als Luftröhrenstent als auch als Gallengangstent hergestellt. Diese wurden in einem in-vitro Prüfaufbau (sowie einer Wärmebildkamera) hinsichtlich ihrer elektromagnetischen Aufheizbarkeit charakterisiert. Dabei konnte eine therapeutisch wirksame Sättigungstemperatur von 43°C bei geeigneter Wahl von Partikelkonzentration und Magnetfeldparametern erreicht werden. Damit steht nun Herstellungsverfahren für elektromagnetisch aufheizbare Stents zur Verfügung.