Kristallines Hybridschicht-Dicalciumphosphat (HLCP), Herstellverfahren und Anwendung

Einleitung / Abstract

Calciumphoshat-(CaP-)Nanomaterialien haben eine große Bedeutung als Vehikel für z. B. Antibiotika, Wachstumsfaktoren oder verschiedene Arzneimittel u. a. zur Behandlung von Knochenerkrankungen, zur Förderung der Regeneration von Hartgewebe oder zur Verhinderung der Abstoßung von Implantaten. Die vorliegende Innovation betrifft ein neues kristallines Hybridschicht-Dicalciumphosphat (HLCP) als Grundstoff u.a. für Biokeramik, Biokomposite, Knochengerüste, Implantate und als Arzneimittelträger.

Hintergrund

Trotz des breiten Anwendungspotentials und -bereichs in der Knochengewebezüchtung („Bone Tissue Engineering“) weisen herkömmliche CaP-Materialien u.a. eine schlechte biologische Abbaubarkeit, eine geringe Belastungs-/Tragfähigkeit, bescheidene mechanische Eigenschaften und eine unzureichende Bioaktivität oder Osteoinduktivität auf. Diese Eigenschaften sind nachteilig für eine gezielte Arzneimittelabgabe („Drug Delivery“) sowie für eine anhaltende Wirkung und/oder kontrollierte Arzneimittelfreisetzung. Poröse CaP-Materialien sind hilfreich für die Zellbesiedlung, Vaskularisierung, Knochenbildung sowie die Diffusion von Arzneimitteln und Nährstoffen. Überlegene mechanische Eigenschaften, die für viele medizinische Anwendungen benötigt werden, erfordern jedoch feste und dichte Materialien. Daher ist bei der Entwicklung neuer CaP-Materialien eine Balance zwischen hoher Arzneimittelbeladung (die bei den gegenwärtigen Materialien nur über Porosität erreichbar ist) und mechanischen Eigenschaften von zentraler Bedeutung, neben guter Biokompatibilität und -aktivität wichtig.

Lösung

Die Innovation basiert auf der unerwarteten Erkenntnis, dass reine organische Lösungsmittel verwendet werden können, um die Umwandlung von amorphem Calciumhydrogenphosphat zu induzieren. Überraschenderweise wird die Kristallisation von amorphem Calciumhydrogenphosphat nicht verhindert und darüber hinaus werden die organischen Moleküle der Lösungsmittel beim Aufbau der kristallinen Struktur nicht ausgeschlossen. So kann eine neuen Klasse von kristallinen Hybridschicht-Dicalciumphosphat-Materialien bereitgestellt werden, wobei das HLCP alternierende anorganische Schichten aus Dicalciumphosphat-Einheiten und organische Schichten aus Molekülen mindestens eines organischen Lösungsmittels oder mindestens eines organischen Wirkstoffs oder einer Mischung aus beiden umfasst, um Arzneimittelmoleküle für biomedizinische Anwendungen einzubauen. Durch die strukturelle Einbindung der Moleküle soll sich eine bessere Kapazität und eine kontrollierbarere Freisetzung als bei porösen, herkömmlichen Materialien ergeben.

Vorteile

Anwendungsbereiche

Das Anwendungsgebiet ist die Medizintechnik mit dem Fachgebiet der Implantationstechnik.