Zuvor noch Krabbenpanzer, jetzt hochreines Chitosangarn: Am ITM Dresden wurde ein neues Verfahren

Zuvor noch Krabbenpanzer, jetzt hochreines Chitosangarn: Am ITM Dresden wurde ein neues Verfahren zur Herstellung textiler Scaffold-Geometrien mit Blick auf Anwendungen in der Regenerationsmedizin entwickelt. (Bild: S. George; ITM)

In der deutschen Textilforschung sind Fasern für Medizin und Gesundheitswirtschaft ein gewichtiger Schwerpunkt. Drei aktuelle Entwicklungsprojekte zeigen: Vorbilder aus der Tier- und Pflanzenwelt werden in den Laboren nicht nur nachempfunden, sondern schaffen in Zusammenarbeit mit anderen Forschungszweigen, Kliniken und der Industrie die Grundlagen für neue operative Möglichkeiten. Was also ist von Hightech-Fäden 2020 zu erwarten?

Dr. Klaus Jansen vom Forschungskuratorium Textil kennt die Vorteile von Hightech-Fäden: „Vor allem gute Körperverträglichkeit mit einstellbaren Eigenschaften in Festigkeit und Resorbierbarkeit sowie zum Teil neuartige Produkte in Form von Implantaten oder Therapiehilfen, die auf den Patienten individualisiert angepasst sind.“Unter dem Dach seiner Einrichtung haben inzwischen fünf der 16 deutschen Brancheninstitute hochspezifische Medizin-Kompetenzen aufgebaut.

Während beispielsweise in den Hohenstein Instituten bei Stuttgart die Entwicklung von therapeutisch aktiven und diagnostischen Textilien im Mittelpunkt steht, haben sich die Textiler der RWTH Aachen University neuen faserbasierten Biomaterialien und Medizintextilien verschrieben. Zu erwartende Produkte sind unter anderem Hohlfasern als Bestandteil von Wundauflagen, die dosiert Wirkstoffe direkt in die Wunde abgeben; oder Stents, die mit körpereigenen Zellen besiedelt werden und so länger gegen Abstoßungsreaktionen im Körper gewappnet sind. Drei weitere Textilinstitute machen aktuell mit Hightech-Fasern für die Medizin Schlagzeilen.

Intelligente Materialien

Selbstheilende Kunststoffe

Forscher des KIT und von Evonik haben ein neuartiges Polymernetzwerk entwickelt, das sich bei relativ niedrigen Temperaturen sehr schnell und beliebig oft selbst heilen kann. Egal ob als Kratzer im Autolack oder Risse im polymeren Material: Der Werkstoff heilt sich bei milder Erwärmung von 50 bis 120 °C innerhalb kürzester Zeit selbst. Dabei nutzt die Karlsruher Forschergruppe die Möglichkeit, funktionalisierte Fasern oder kleine Moleküle durch eine umkehrbare chemische Reaktion zu einem Netzwerk zu verknüpfen. Diese sogenannten schaltbaren Netzwerke lassen sich nach einer Beschädigung in ihre Ausgangsbausteine zerlegen und wieder neu zusammenfügen. Dieser Ablauf hat den Vorteil, dass dich der Selbstheilmechanismus beliebig oft zum Beispiel durch Hitze, Licht oder die Zugabe einer Chemikalie auslösen lässt. Professor Barner-Kowollik, Inhaber des Lehrstuhls für Präparative Makromolekulare Chemie am KIT: „ Es ließ sich nachweisen, dass die Testkörper nach der ersten Heilung sogar stärker gebunden sind als vorher.“ Die selbstheilenden Eigenschaften lassen sich auf die große Bandbreite der bekannten Kunststoffe übertragen. Ein weiterer Vorteil der selbstheilenden Kunststoffe ist die gute Umformbarkeit, da sie bei höheren Temperaturen fließfähiger werden. Ein möglicher Anwendungsbereich ist etwa die Teileproduktion aus faserverstärktem Kunststoff für die Autombil- oder Luftfahrtindustrie.

 

Scaffolds aus dem Biowerkstoff Chitosan

Textilforschung Beispiel hochreines Chitosangarn aus Krabbenpanzern

Zuvor noch Krabbenpanzer, jetzt hochreines Chitosangarn: Am ITM Dresden wurde ein neues Verfahren zur Herstellung textiler Scaffold-Geometrien mit Blick auf Anwendungen in der Regenerationsmedizin entwickelt. (Bild: S. George; ITM)

Weltpremiere an der TU Dresden: Am Institut für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) ist das Verspinnen von biologisch hochreinem Chitosan, das aus Krabbenschalen gewonnen wird, zu Garnen mit definierten Eigenschaften, wie Zugfestigkeit, Filamentanzahl und Feinheitsgrad, gelungen. Durch die Herstellung entsprechend definierter Fasern beziehungsweise von Garnen aus diesem nassgesponnenen Material, das zu biologisch abbaubaren textilen Trägerstrukturen (Scaffolds) verarbeitet werden kann, sollen eines Tages interessante Implantate möglich werden.

Spinntechnik-Forschungsgruppenleiter Dr. Martin Kirsten spricht von der Möglichkeit Chitosangerüste in Form von resorbierbaren Materialien für Knochen und Knochenersatz für die regenerative Medizin herzustellen. Auch für biologisch kompatibles und abbaubares Nahtmaterial sollen Chitosangarne bestens geeignet sein, weiß der Polymerforscher.

Das hochreine Naturmaterial hat mit den Eigenschaften biologisch abbaubar, ungiftig, entzündungshemmend, wundheilend und mit seiner Wirkung als Stimulanz für Stoffwechsel und Immunsystem geradezu ideale Eigenschaften, die sich für die Verarbeitung zu textilen Medizinprodukten nach dem Wirk-, Web- und Flechtverfahren empfehlen. Ein erster Zwischenschritt dahin ist die spezielle Aufbereitung der Fasern zu Kurzfasern, aus denen dreidimensionale Gerüststrukturen durch eine am ITM, in der Gruppe „Bio- und Medizintextilien“, entwickelte Technologie (Net-Shape-Nonwoven) herstellbar sind. Solche Scaffolds lassen sich mit Zellen besiedeln. „Created by textile research“ stehen damit jetzt Verfahren und Methodik zur Darstellung künstlicher Gewebestrukturen (Tissue Engineering) zur Verfügung.

„Roter Faden“ für die Regenerationsmedizin

Beispiel Textilforschung: Scaffolds aus Naturmaterial Chitosan.

Scaffolds aus dem hochreinen Naturmaterial Chitosan: biologisch abbaubar, ungiftig, entzündungshemmend, wundheilend und stimulierend für Stoffwechsel und Immunssystem. (Bild: S. George; ITM)

Dass Textilforschung auch im Wortsinne den Nerv treffen kann, beweist eine Hochtechnologieentwicklung aus Denkendorf: ein resorbierbares textilbasiertes Nervenleitsystem. Auf

längere Sicht habe die vom Institut für Textil- und Verfahrenstechnik (ITV) angeschobene Innovation vielleicht sogar das Potenzial, Querschnittsgelähmten zu helfen, wagt Professor Dr. Michael Doser eine Prognose. Der Mediziner, der als stellvertretender Institutsleiter und Chef der Biomedizintechnik im ITV mit seinem Team die vor 40 Jahren hier begründete medizintextile Forschung vorantreibt, sagt faserbasierten Trägermaterialien für Zellen in der Regenerationsmedizin eine große Zukunft voraus. Das innovative Leitsystem für nachwachsende Nervenfasern des peripheren Nervensystems sei ein Beispiel dafür. Damit sich durchtrennte Nerven an Händen und Füßen zielgerichtet und damit beschleunigt regenerieren können, benötigen sie eine Art Wegweiser in Form eines „roten Fadens“. Dieser an den durchtrennten Nerven angenähte winzige Polymerschlauch, der erst unter dem Rasterelektronenmikroskop mit tausendfacher Vergrößerung als Röhre erkennbar ist, besteht im Inneren aus feinsten Fasern. Daran können sich die sogenannten Axone, mit der die Nervenzelle ihr Richtungswachstum vorantreibt, entlanghangeln. Um die Zelle optimal zu versorgen, lassen die Poren des Schlauchs nur wachstumsfördernde Stoffe passieren.

Fasern mit bioelektrischer Signalgebung

Im Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland (TITV) wurde bereits vor Jahren mit elektrisch leitenden Fäden eine ganz neue Tür bei der Nutzung intelligenter technischer Textilien aufgestoßen. Seitdem sind intelligente Textilien auf dem Vormarsch und die Welt der technischen Textilien und ihrer Produkte haben sich radikal verändert.

Medizintechnik: Manchette, die Blaulicht verströmt.

Bislang nur ein Demonstrationsmodell: Aus einer Manchette zur Behandlung des Carpaltunnelsyndroms strömt heilsames Blaulicht aus dem Gewebe heraus. (Bild: TITV)

Mit patentierten Elitex-Fäden lassen sich nicht nur Autositze heizen oder Patienten bei Langzeit-Operationen mit angenehmer Wärme versorgen, sondern auch bioelektrische Signale übermitteln. Aus der textilen Mikrosystemtechnik (Textilien als Träger von Schaltkreisen), so Textilforscher Dr. Andreas Neudeck, ergäben sich nach dem Motto „wenn die Elektronik im Gewebe verschwindet“ auch zahlreiche Optionen für die Gesundheitswirtschaft.

Nach einem sensorbestückten Handschuh für Schlaganfallpatienten und einem im Rahmen eines EU-Projekts mit Philips entwickelten LED-Kissen mit speziellem Blaulicht gegen Schulterverspannungen – dabei versorgen textile Leiter die 120 LEDs mit je bis zu 30 Milliampere Leistung – konnten in einem weiteren Projekt textile aktuatorische Elektroden zur gezielten Muskelstimulation entwickelt werden. Gelingt mittelfristig die Integration von textilen Solarzellen und elektrischen Speichermedien auf, beziehungsweise im Stoff, können textile Sensoren zum Beispiel für die permanente Überwachung von Lebensfunktionen dauerhaft mit Energie versorgt werden. hei

Autor: Ronny Eckert, InnoMedia