Polymeermaterialen spelen een cruciale rol in de hedendaagse geneeskunde. Hoewel veel toepassingen apparaten met een lange levensduur vereisen, anderen profiteren van materialen die uiteenvallen zodra hun werk gedaan is. Het ontwerp van dergelijke materialen hangt grotendeels af van het vermogen om hun degradatiegedrag te voorspellen.

Een team van onderzoekers van het Helmholtz-Zentrum Geesthacht onder leiding van prof. Andreas Lendlein heeft een methode ontwikkeld om de afbraak van deze polymeermaterialen sneller en betrouwbaarder te voorspellen met geavanceerde moleculaire architecturen. De resultaten zijn vandaag gerapporteerd in het eerste nummer van het tijdschrift Celrapporten Fysische Wetenschap .

Met de zogenaamde Langmuir-techniek, de auteurs zetten het materiaal om in een 2D-systeem, en daarmee de complexe transportprocessen te omzeilen die de degradatie van driedimensionale objecten beïnvloeden. Ze creëerden analytische modellen die verschillende polymeerarchitecturen beschrijven die van bijzonder belang zijn voor het ontwerp van multifunctionele implantaten en bepaalden de kinetische parameters die de afbraak van deze materialen beschrijven.

In de volgende stap, de wetenschappers willen deze gegevens gebruiken om computersimulaties uit te voeren van de ontbinding van therapeutische polymere apparaten. Regelgevende instanties schrijven al computersimulaties voor van de prestaties van dergelijke apparaten, bijvoorbeeld voor sommige stents. De inzichten die zijn verkregen door de 2D-degradatiestudies zullen deze simulaties zeker verbeteren. Door een methode te introduceren om de afbraak van polymeermaterialen snel te begrijpen en te voorspellen, de HZG-onderzoekers dragen substantieel bij aan het opzetten van innovatieve, multifunctionele polymeren voor regeneratieve geneeskunde.

Achtergrond—Multifunctionele biomaterialen

Een implementatie van afbreekbaarheid kan vooral nuttig zijn voor implantaten zoals hechtingen of nietjes. Deze objecten zijn slechts tijdelijk nodig als mechanische ondersteuning. Toekomstige medische implantaten zullen naar verwachting veel complexere taken uitvoeren. Deze afbreekbare apparaten zullen bijvoorbeeld in een gecomprimeerde vorm kunnen worden geprogrammeerd en op deze manier kunnen worden geïmplanteerd met minimaal invasieve technieken, een medicijn vrijgeven dat het genezingsproces ondersteunt, rekruteer de juiste cellen naar het oppervlak en rapporteer over de voortgang van het herstel. Hier is degradatie slechts één van de vele functies die in de materialen zijn geïntegreerd. Nog, degradatie is zeer kritisch, omdat het het materiaal op moleculair niveau verandert. Om meerdere functies in een materiaal te implementeren, zijn moleculaire structuur is ontworpen in een duidelijk, vaak complexe manier. Begrijpen hoe degradatie deze moleculaire architectuur beïnvloedt, is essentieel om ervoor te zorgen dat alle functies worden uitgevoerd zoals bedoeld. De dunnelaagmethode die in het onderzoek wordt gepresenteerd, kan een transformerende rol spelen bij het ontwerpen van dergelijke afbreekbare polymeren.