MRT-gestützte Materialprüfung biodegradierbarer Hybridmaterialien mit inkorporierten magnetischen Nanopartikeln für In-vivo-Anwendungen

• Antragstellerin: Professorin Dr. Ioana Slabu
• Fachliche Zuordnung: Medizinische Physik, Biomedizinische Technik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467959793

Biodegradierbaren Implantaten wird eine immense Bedeutung in der Therapie vorhergesagt. Sie sollen die Vorteile einer hohen mechanischen Stabilität (wie bei künstlichen Implantaten) sowie einer geringen Komplikationsrate (wie bei biologischen Implantaten) vereinen. Obwohl einige biodegradierbare Implantate bereits eine CE-Kennzeichnung erlangt haben, konnten sie sich bislang nicht auf dem Markt durchsetzen. In klinischen Studien wurde u.a. gezeigt, dass der Erfolg therapeutischer Anwendungen von biodegradierbaren Implantaten zur Stützung, Regeneration und Heilung von Gewebe häufig durch zu frühe und nicht vorhersagbare Degradation der Implantate verhindert wird.Mit diesem Forschungsvorhaben wird mittels In-vitro-Messungen eine Methode zur späteren In-vivo-Bestimmung der relevanten Eigenschaften des Implantats (insbesondere seines Degradationszustands) etabliert. Dabei sollen magnetische Nanopartikel (MNP) in den Implantaten als Marker im Feld eines Magnetresonanztomographie-(MRT-)Geräts verwendet werden. Mit dieser Methode sollen in Zukunft die Alterungszustände von Implantaten mittels MRT – auch im zeitlichen Verlauf – bestimmt werden können, um nicht-invasiv und zuverlässig detaillierte Informationen zur Therapieplanung zu gewinnen.Durch die Inkorporation der MNP in das biodegradierbare Material entsteht ein veränderter Implantatwerkstoff. Die neuen Werkstoffparameter sind zu erfassen und die wesentlichen Abhängigkeiten sind zu bestimmen. Die Magnetfeldabhängigkeit ist aufgrund der geplanten Verwendung bei der MR-Bildgebung ebenfalls zu ermitteln.Die MR-Messmethoden zur quantitativen Ermittlung des Degradationszustands werden mit einzelnen Implantat-Filamenten und an speziellen MR-Phantomen entwickelt. Die MR-Phantome erlauben für jeden MNP-Typ eine systematische Untersuchung der Abhängigkeit des MR-Signals von MNP-Größe und Agglomerationszustand sowie Konzentration und Immobilisierungszustand der MNP, um eine geeignete und präzise Messmethodik zu finden. Für jeden Zustand werden mechanische Tests durchgeführt, um abzuschätzen, wie gut die Implantate das Gewebe noch stützen können. Die MR-Untersuchungen werden um umfangreiche physiko-chemische und mechanische Untersuchungen ergänzt, damit ein vertieftes Verständnis der durch die MR-Bildgebung generierten Informationen ermöglicht wird. Weiterhin wird die Präzision der MR-Messung durch Vergleichsmessungen mit spektroskopischen Methoden an Referenzproben überprüft.Das Ziel dieses Vorhabens ist, aus der gesammelten Datenbasis physikalische Zusammenhänge für das Verhalten des biodegradierbaren Implantat-Materials (u.a. zur Wechselwirkung der MNP mit der umgebenden Matrix der Filamente bei unterschiedlichen Degradationszuständen und mechanischen Eigenschaften) zu ermitteln und deren Auswirkungen auf das MR-Signal vorherzusagen. Dies soll eine zielgerichtete Fertigung von biodegradierbaren Implantaten erlauben und in Zukunft eine quantitative In-vivo-Prüfung ihrer Funktion mittels MRT ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen