Speziell beschichtetes Titan reduziert das Risiko von Blutgerinnseln auf Prothesen

19. Mai 2023

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by Friedrich-Schiller-Universität Jena

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Jena hat nun einen vielversprechenden Ansatz entwickelt, um die Blutgerinnung am Herzklappenmaterial Titan deutlich zu reduzieren.

Pro Jahr werden in Deutschland etwa 25.000 künstliche Herzklappen implantiert, weil die ursprüngliche Herzklappe beispielsweise durch eine Infektion beschädigt wird. Die mechanischen Herzklappen bestehen unter anderem aus Titandioxid und halten viele Jahre. Da Blut jedoch bei Kontakt mit diesen Materialoberflächen zur Gerinnung neigt, besteht die Gefahr, dass sich auf der Oberfläche mechanischer Herzklappen Blutgerinnsel bilden. Wenn sich solche Blutgerinnsel aus den Materialien lösen, kann dies lebensgefährlich werden. Aus diesem Grund nehmen die meisten Menschen mit mechanischen Herzklappen ihr Leben lang Medikamente ein, um die Blutgerinnung zu reduzieren.

Ein internationales Forschungsteam hat nun einen vielversprechenden Ansatz entwickelt, um die Blutgerinnung am Herzklappenmaterial Titan deutlich zu reduzieren. Die Ergebnisse des Teams der Universitäten Jena, Leipzig (beide Deutschland) und Illinois Urbana-Champaign (USA) unter der Leitung des Materialwissenschaftlers Professor Klaus D. Jandt wurden jetzt in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials veröffentlicht. Die Zeitschrift würdigt auch die Bedeutung und das Potenzial dieser Entdeckung, indem sie sie auf dem Cover der aktuellen Ausgabe präsentiert.

Die Forscher erzeugten Ablagerungen des Blutproteins Fibrinogen auf Titandioxid mit kristallographisch unterschiedlich orientierten Oberflächen. Die beschichteten Materialoberflächen wurden dann Blutplättchen (Thrombozyten) ausgesetzt, deren Aktivität zusammen mit Fibrinogen eine entscheidende Rolle bei der Bildung von Blutgerinnseln spielt. Auf den Materialoberflächen mit unterschiedlicher Ausrichtung wurden deutliche Unterschiede in der Plättchenaktivität festgestellt.

„Während die Blutplättchen auf (001)-Titanoxid-Oberflächen sehr aktiv sind und so die Blutgerinnung fördern, haben wir auf (110)-Oberflächen den gegenteiligen Effekt festgestellt“, sagt Ph.D. Studentin Maja Struczynska. „Der Grund dafür ist das unterschiedliche Verhalten von Fibrinogen auf den Materialoberflächen.“

„Der Mechanismus für diesen Effekt ist physikalischer Natur“, sagt Prof. Jandt. „Fibrinogen nimmt eine spezifische Faltung auf der hydrophoberen (110)-Oberfläche mit geringer Oberflächenenergie an, was wiederum den Zugang der von Blutplättchen erkannten primären Aminosäuresequenzen einschränkt und so deren Adhäsion minimiert.“ Jandt sieht in der Anwendung dieser Materialien an Herzklappen ein enormes Potenzial, da sie das Risiko von Blutgerinnseln und damit verbundenen Komplikationen verringern und so den Betroffenen zugute kommen sollen.

Mehr Informationen: Maja Struczyńska et al., How Crystallographic Orientation-Induced Fibrinogen Conformation Affects Platelet Adhesion and Activation on TiO 2, Advanced Healthcare Materials (2023). DOI: 10.1002/adhm.202202508