Bioaktive Nanocomposite (Biocere)

Anorganische oxidische Nanosole (im einfachsten Fall auf Basis nanopartikulärer Siliciumdioxid-Nanosole) bieten eine einfache Möglichkeit, bioaktive Reagenzien, Biomoleküle und selbst lebende Zellen homogen in eine Siliciumdioxid- oder Metalloxid-Matrix (MeO_n) einzubetten und als bulk-Produkte oder dünne biokatalytische Schichten zu applizieren.

Wesentliche Merkmale sind:

• nahezu alle Biomoleküle können in die anorganische Sol-Gel-Matrix eingebettet werden, selbst Mikroorganismen und lebende Zellen (wie Hefen, Langerhanssche Inseln) bleiben lebensfähig, vgl. Bild 1
• eingebettete Biomoleküle erhalten in der Matrix weitgehend ihre Konformation und ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften
• eingebettete Moleküle sind externen Reagenzien und damit chemischen Reaktionen und Wechselwirkungen zugänglich bioaktive Nanokomposite können als Filme, Volumenkörper oder Fasern hergestellt und genutzt werden.

Je nach der Zusammensetzung der bioaktiven Nanokomposite („Biocere“) kann man den Immobilisierungsgrad der eingebetteten bioaktiven Stoffe steuern.

Die permanente Verkapselung biologischer Komponenten (z.B. von Biopolymeren wie Kollagen, Gelatine oder anderen Kollagenhydrolysaten, Chitosan, Hyaluronsäure) kann z.B. zur Verbesserung der Biokompatibilität von Implantat-Oberflächen genutzt werden.

Bereits reine SiO2-Nanosol-Beschichtungen weisen sowohl bei der Zelladhäsion (als wichtiges Kriterium der Biokompatibilität) als auch bei der Zellproliferation von Knochen- oder Bindegewebszellen ähnliche Eigenschaften bzw. leichte Verbesserungen im Vergleich zu den derzeit verwendeten unbeschichteten Titan-Implantaten auf. Der steigende Einbau von Gelatine oder Kollagen sowie anorganischer Knochenbestandteile (d.h. Calcium- bzw Phosphationen) in die SiO2-Schicht verbessert drastisch die Zelladhäsion; außerdem liegen die mechanischen Eigenschaften der bioaktiven Nanosol-Beschichtungen vorteilhaft im Bereich des natürlichen Knochenmaterials.