DE102011010757A1

DE102011010757A1 - Magnetoaktives oder elektroaktives Kompositmaterial, dessen Verwendung und Verfahren zur Beeinflussung von auf dem magnetoaktiven oder elektroaktiven Kompositmaterial angelagerten biologischen Zellen

Info

Publication number: DE102011010757A1
Application number: DE102011010757A
Authority: DE
Inventors: Dr. Probst Jörn; Dr. Rabindranath Raman; PD Dr. Schlunck Günther; Holger Böse; Dipl.-Ing. Forster Eva; Dipl.-Ing Mayer Matthias; Dipl.-Ing. Bentz Alexander; Prof. Dr. Monkmann Gareth; Prof. Dr. Chamonine Mikhail
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg; Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg (OTH Regensburg)
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2011-02-09
Filing date: 2011-02-09
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: EP2673360A2; WO2012107241A3; DE102011010757B4; WO2012107241A2

Abstract

Die Erfindung betrifft biokompatible, weiche, magnetoaktive Polymere (MAP), deren elastomechanische Eigenschaften durch ein Magnetfeld eingestellt werden können. Außerdem betrifft die Erfindung spezielle Magnetfeldsysteme zur lokalen Ansteuerung der MAP sowie die Bewegung, Trennung, Steuerung und Beeinflussung von biologischen Zellen an der Oberfläche des MAP-Materials.

Description

Die Erfindung betrifft biokompatible, weiche, magnetoaktive Polymere (MAP), deren elastomechanische Eigenschaften durch ein Magnetfeld eingestellt werden können. Außerdem betrifft die Erfindung spezielle Magnetfeldsysteme zur lokalen Ansteuerung der MAP sowie die Bewegung, Trennung, Steuerung und Beeinflussung von biologischen Zellen an der Oberfläche des MAP-Materials.
Magnetorheologische Elastomere (MRE) sind Komposite, die aus einer Elastomermatrix und darin enthaltenen magnetisierbaren Partikeln bestehen. Durch das Anlegen eines Magnetfeldes entstehen anziehende Wechselwirkungen zwischen den Partikeln, die zu einer Verhärtung des Kompositmaterials führen. Bei mechanisch sehr weichen MRE tritt zusätzlich ein anderer Effekt auf, der in der Dehnung in einem inhomogenen Magnetfeld besteht. Beide Vorgänge sind reversibel und stufenlos steuerbar. Die reversible Dehnung äußert sich bei den relativ schwach vernetzten MAP-Materialien in einem magnetfeldgesteuerten Formgedächtniseffekt. Die magnetomechanischen Eigenschaften der MRE lassen sich über die Zusammensetzung in weitem Rahmen einstellen. Dabei sind die wesentlichen Einflussparameter die Art, Größe und Konzentration der magnetisierbaren Partikel sowie die Zusammensetzung und der Vernetzungsgrad des verwendeten Polymers.
Wegen der Fokussierung auf Anwendungen im Bereich der adaptiven Schwingungsminderung konzentrierte sich das Interesse an MRE in der Vergangenheit auf relativ harte Komposite. Bevorzugte Elastomermaterialien bestehen dabei aus Nitrilkautschuk und Silikonen. Dagegen sind auch relativ weiche MAP-Komposite auf der Basis von Silikonen hergestellt und hinsichtlich ihrer Eigenschaften untersucht worden (H. Böse: Viscoelastic properties of silicone-based magnetorheological elastomers. Int. J. Mod. Phys. B 21 (2007) 4790–4797). Als Partikelmaterial wurden bislang überwiegend Eisenpulver eingesetzt, die aus verschiedenen Herstellungsprozessen stammen (Carbonyleisenpulver, luft- oder wasserverdüste Eisenpulver) und sich in ihrer mittleren Partikelgröße deutlich unterscheiden.
Weiche, d. h. chemisch schwach vernetzte MRE-Komposite, werden im Folgenden magnetoaktive Polymere (MAP) genannt. Zu den MAP sollen auch Gele gezählt werden, die ebenfalls magnetisierbare Partikel enthalten.
Analog sind elektrorheologische Elastomere (ERE) Komposite aus elektrisch polarisierbaren Partikeln in einer Elastomermatrix. Durch das Anlegen eines elektrischen Feldes lassen sich ähnliche Effekte erzielen wie bei den magnetorheologischen Elastomeren im Magnetfeld. Als Matrixmaterial der ERE kann ebenfalls Silikonelastomer eingesetzt werden, während die polarisierbaren Partikel aus einem Polymer oder aus anorganischen Stoffen wie z. B. Zeolithen bestehen können. Weiche ERE werden im Folgenden elektroaktive Polymere (EAP) genannt.
Neue Arbeiten aus dem Bereich der biologischen Zellforschung zeigen, dass biomechanische Reize einen großen Einfluss auf das Zellverhalten im Allgemeinen, die Differenzierung und Proteinexpressionsmuster von Zellen im Speziellen, ausüben und auch bei krankhaften Prozessen, wie der Arteriosklerose, von großer Bedeutung sind. Aufgrund der mangelnden allgemeinen Verfügbarkeit von entsprechenden Vorrichtungen wurden diese essentiellen biologischen Einflüsse aber bislang nur wenig untersucht.
Derartige biomechanische Reize können von MAP-Materialien sehr vorteilhaft ausgeübt werden, sofern sie biokompatibel sind. Eine bevorzugte Wahl des Elastomers fällt auf Silicon, das in seinen mechanischen Eigenschaften über den Grad der chemischen Vernetzung in einem weiten Rahmen einstellbar ist. Für die Zellaufzucht wird die Silikonoberfläche mit einer zellverträglichen Beschichtung z. B. aus Kollagen oder Gelatine modifiziert.
Zur Ausübung der biomechanischen Reize auf die Zellen ist ein besonderes Magnetfelderzeugungssystem notwendig. Das Magnetfelderzeugungssystem soll eine variabel einstellbare Magnetfeldstärke im MAP ermöglichen. Durch die Magnetfeldstärke kann die Härte des MAP-Materials eingestellt werden, womit das Zellwachstum beeinflusst wird. In einer speziellen Ausführung kann das Magnetfelderzeugungssystem lokal variierende Magnetfelder erzeugen. Durch die damit resultierenden lokalen Härteunterschiede auf der MAP-Oberfläche lassen sich Zellmigrationen auslösen, da verschiedene Zellen unterschiedliche Härtegrade des Untergrundes bevorzugen. Eine weitere spezielle Ausführung des Magnetfelderzeugungssystems ist in der Lage, zeitlich variierende inhomogene Magnetfelder zu generieren. Damit wird der aktorische Effekt von MAP-Materialien genutzt, dass das Material dem veränderlichen Magnetfeld folgt und sich bewegt.
Wird eine Zellkultur auf der Oberfläche des biokompatiblen MAP-Materials ausgesetzt, so können verschiedene stimulierende Effekte erzeugt werden (alternativ zu MAPs auch durch elektroaktive Polymere (EAPs)):

1. Die Proliferation unterschiedlicher Zelltypen (Fibroblasten, etc.) kann durch eine über ein statisches Magnetfeld oder ein statisches elektrisches Feld eingestellte Härte eines MAPs oder EAPs beeinflusst werden.
2. Lokal unterschiedliche Härteeinstellungen der MAPs oder der EAPs führen zu einer Beeinflussung der Zellmigration. (Durotaxis-Effekt).
3. Es kann eine aktuatorische Stimulation der Zellen durch eine zeitlich und/oder lokal veränderliche Härte des MAPs/EAPs erzeugt werden.
4. Ebenso wird die zelluläre Proteinexpression durch zeitlich und/oder lokal veränderliche Härte des MAPs/EAPs beeinflusst.

Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Substratmaterialien für Zellkulturen bereitzustellen, deren Härte sich nach der Herstellung gezielt verändern lässt.
Diese Aufgabe wird durch das Kompositmaterial mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie das Verfahren zur Beeinflussung von auf dem Kompositmaterial angelagerten biologischen Zellen mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst. In Anspruch 14 werden erfindungsgemäße Verwendungen angegeben. Ebenso wird gemäß Anspruch 14 ein System zur Beeinflussung biologischer Zellen bereitgestellt. Die weiteren abhängigen Ansprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen auf.
Erfindungsgemäß wird ein magnetoaktives und/oder elektroaktives Kompositmaterial bereitgestellt, das magnetisch und/oder elektrisch polarisierbare Partikel in mindestens einem Polymer als Matrix enthält. Das Kompositmaterial ist dabei ein biokompatibles Kompositmaterial oder ein biokompatibel beschichtetes oder an der Oberfläche biokompatibel modifiziertes Kompositmaterial. Für den letzteren Fall kann sowohl ein biokompatibles Kompositmaterial oder Polymer als auch ein nicht-biokompatibles Kompositmaterial oder Polymer an der Oberfläche biokompatibel modifiziert oder beschichtet werden.
Es ist bevorzugt, dass das biokompatible Kompositmaterial und/oder die biokompatible Beschichtung bzw. Oberflächenmodifizierung eine Adhäsion von Proteinen ermöglicht.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Polymer um ein Elastomer, insbesondere ein Siliconelastomer, ein Polyurethanelastomer oder ein thermoplastisches Elastomer, oder ein Gel, insbesondere ein Polyacrylamidgel.
Vorzugsweise weist das Polymer eine biokompatible Oberflächenmodifizierung auf, welche die Bindung von Proteinen, z. B. Kollagen, Laminin, Fibronectin oder Gelatine erlaubt.
Das erfindungsgemäße Kompositmaterial weist vorzugsweise einen E-Modul ≤ 500 kPa, bevorzugt ≤ 100 kPa und besonders bevorzugt ≤ 20 kPa auf.
Die magnetisch polarisierbaren Partikel sind ferromagnetisch und vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Eisenlegierungen, wie Eisen/-Kobalt oder Eisen/Nickel, Eisenoxiden, Ferriten und/oder Mischungen hiervon.
Vorzugsweise sind die elektrisch polarisierbaren Partikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymeren oder dotierten Polymeren, vorzugsweise Polyurethan, oder aus anorganischen Materialien, vorzugsweise Zeolithen.
Die Partikel weisen dabei vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße ≤ 100 μm, bevorzugt ≤ 10 μm und besonders bevorzugt ≤ 2 μm auf.
Die Partikel in der Polymermatrix können eine anisotrope Verteilung aufweisen.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein Verfahren zur Beeinflussung von auf dem erfindungsgemäßen magnetoaktiven und/oder elektroaktiven Kompositmaterial angelagerten biologischen Zellen bereitgestellt, wobei die Eigenschaften des magnetoaktiven und/oder elektroaktiven Kompositmaterials durch ein angelegtes Magnetfeld oder elektrisches Feld verändert werden können.
Vorzugsweise werden die Zellen durch eine Einstellung der mechanischen Härte und/oder des Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials stimuliert.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Zellen aufgrund einer Einstellung einer lokal veränderlichen Härte und/oder eines lokal veränderlichen Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials migrieren können.
Ebenso ist es bevorzugt, dass durch die zeitliche und/oder lokale Veränderung der Härte und/oder des Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials eine Steuerung der zellulären Proteinexpression der Zellen erfolgt.
Die erfindungsgemäße Steuerung des biokompatiblen Polymers erfolgt mit einem Magnetisierungssystem. Vorzugsweise besteht es aus einzelnen oder mehreren elementaren Magnetkreisen in den verschiedenen Formen. Jeder elementarer Magnetkreis besteht aus einer oder mehreren Magnetfeldquellen, magnetisch flussführenden Komponenten und dem Kompositmaterial, das den magnetischen Kreis abschließt. Als Magnetfeldquellen können Permanentmagnete und/oder Spulen verwendet werden. Die magnetisch flussführenden Komponenten bestehen vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Voll- bzw. geblechten Material. Das System kann vorzugsweise auch mit einem Haltesystem und oder Zentriereinrichtung ausgestattet sein. Weiterhin können eine oder mehrere Spulen um die magnetischen flussführenden Komponenten angeordnet sein. Das permanentmagnetische Material kann innerhalb oder in der näheren Umgebung der Magnetkreiskomponenten angeordnet werden. Die elementaren Kreise können pro Probe als ein einzelnes System oder als Array von magnetischen Elementarkreisen in Reihe, als Kreis oder in einer anderen Form angeordnet werden.
Vorzugsweise befindet sich das Magnetisierungssystem unterhalb oder seitlich einzelner oder mehrere Behälter oder Schalen in denen sich die Proben (Kompositmaterialien) befinden. Die magnetisch flussführenden Komponenten und Magnetköpfe/Nadeln bilden mit dem Luftspalt aus Behälter und der Proben einen magnetischen Rückschluss. Vorzugsweise verbindet die Haltevorrichtung das Magnetisierungssystem mit den benutzen Behälter. Bevorzugt werden die Proben oder Behälter auf das Magnetisierungssystem ausgerichtet. Die magnetfelderzeugenden Spulen können in das Polymer eingebettet werden.
Erfindungsgemäß erfolgt eine lokale Veränderung des Magnetfelds:

– Durch mechanische Bewegung von Behälter, Probe und/oder Magnetsystem
– Durch eine mechanische Bewegung der felderzeugenden und feldführenden Komponenten gegenüber der Probe und Behälter
– Durch eine mechanische Bewegung des Probenbehälters gegenüber dem Magnetsystem
– Durch lokale Abschirmungen mit ferromagnetischen Material
– Durch verschiedene Arrayanordnungen der felderzeugenden und feldführenden Komponenten die hinzugefügt oder abgeschaltet werden können.

Erfindungsgemäß erfolgt eine zeitliche Veränderung des Magnetfelds:

– Durch mechanische und dynamische Bewegungen der felderzeugenden, feldführenden Komponenten, Spulen, gegenüber den Probenbehälter, und Proben.
– Durch mechanische und dynamische Bewegungen der Proben und Behälter gegenüber dem Magnetisierungssystem.
– Durch eine zeitlich abhängige Bestromung der felderzeugenden Komponenten.

Ebenso ist es bevorzugt Kombinationen der aufgeführten Möglichkeiten zur lokalen und zeitlichen Änderungen des Magnetfelds innerhalb des Probenbehälters oder der Probe zu verwenden.
Eine weitere erfindungsgemäße Alternative sieht vor, dass eine aktive mechanische Stimulation der Zellen durch eine, gegebenenfalls pulsative und/oder aktorische, Bewegung der Oberfläche des Kompositmaterials erfolgt.
Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemäßen biokompatiblen magnetoaktiven Kompositmaterialien als Substratmaterialien zur Stimulation von biologischen Zellen sind dabei:

– Die Härte des MAP-Materials kann durch ein Magnetfeld individuell und reversibel auf die Anforderungen der Zellkultur eingestellt werden.
– Durch ein spezielles Magnetfelderzeugungssystem lassen sich lokal unterschiedliche Magnetfelder und entsprechend Härtebereiche des MAP-Materials einstellen, wodurch Zellmigrationen ausgelöst werden können.
– Weiterhin kann durch ein zeitlich veränderliches inhomogenes Magnetfeld in einem weichen MAP-Material eine entsprechende Bewegung und damit eine aktive mechanische Stimulation der Zellkultur ausgelöst werden.
– Außerdem lässt sich die Proteinexpression der Zellen durch eine zeitlich und/oder lokal veränderliche Härte des MAP-Materials beeinflussen.
– Schließlich kann die Oberfläche des MAP-Materials zusätzlich mit speziellen chemischen Gruppen funktionalisiert werden, wodurch die Adhäsion von Zellen und damit der Effekt der mechanischen Stimulation verbessert wird.

Entsprechendes gilt auch für die elektroaktiven Kompositmaterialien und deren Anregung durch ein elektrisches Feld.
Verwendung finden die erfindungsgemäßen magnetoaktiven und/oder elektroaktiven Kompositmaterialien im Bereich der Biotechnologie, der Zellforschung, der regenerativen Medizin, zur Erforschung des Zellwachstums, zur Beeinflussung des Zellwachstums, zur Trennung verschiedener Zelltypen, zur Beeinflussung und/oder Steuerung der Zelldifferenzierung, zur Beeinflussung und/oder Steuerung der Proteinexpression sowie für die Erzeugung von Gewebe im Sinne des Tissue Engineering.
Das Anwendungsspektrum im Bereich der Biotechnologie, der Zellforschung und der regenerativen Medizin reicht von verbesserten Standard-Zellkulturgefäßen mit gewebsspezifischen elastischen Eigenschaften und unmittelbar hohem Marktpotential bis zu dynamischen Zellsortiersystemen und differentiell steuerbaren Anzuchteinheiten für die spezifische Cokultur unterschiedlicher Zelltypen als Basis für Gewebskonstrukte. Magnetoaktive oder elektroaktive Polymere von gewebsähnlicher Elastizität eignen sich als Unterlage für die Anzucht, Vermehrung und Differenzierung von Zellen in vitro. Zugleich können mit Hilfe des Gesamtsystems Techniken entwickelt werden, die es erlauben, die Elastizität des Zellkultursubstrates in situ zu verändern, ähnlich wie dies im Rahmen der Entwicklung von Geweben im Organismus geschieht. Eine solche dynamische Steuerung eröffnet neue Möglichkeiten, biomechanische zelluläre Prozesse zu untersuchen und biologische Reize, wie Traktionsphänomene oder feinste pulsatile Bewegungen zu erzeugen, die z. B. für die Ausbildung von Muskel-, Sehnen-, Gefäß- und Nervengewebe von großer Bedeutung sein können.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein System zur Beeinflussung von biologischen Zellen bereitgestellt, das mindestens eine Einheit zur magnetischen und/oder elektrischen Aktivierung enthält, die mindestens einen Permanentmagneten und/oder mindestens eine elektrische Spule bzw. mindestens eine Spannungsversorgung und das magnetoaktive und/oder elektroaktive Kompositmaterial aufweist.
Vorzugsweise beträgt die an der Oberfläche des Kompositmaterials erzeugte magnetische Flussdichte B ≥ 1 mT, bevorzugt B ≥ 10 mT, besonders bevorzugt B ≥ 10 mT und B ≤ 500 mT.
Es ist weiter bevorzugt, dass der Gradient der magnetischen Flussdichte und/oder der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche des Kompositmaterials erzeugt wird und zeitlich verändert werden kann.
Anhand der nachfolgenden Figur und des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zur Beeinflussung biologischer Zellen mit einer Einheit zur magnetischen Aktivierung.
Beispiel
Das MAP-Material besteht aus Silikonelastomer und 30 Vol.-% Partikeln aus Carbonyleisen mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 5 μm. Der E-Modul des MAP-Materials beträgt ca. 30 kPa. Die Oberfläche des Silikonkomposits ist mit einer Beschichtung aus Kollagen modifiziert.
Das Magnetisierungssystem besteht aus mehreren elementaren Magnetisierungssystemen (1).
Jedes elementare Magnetisierungssystem besteht aus einem oder mehreren Permanentmagneten 7, stromdurchflossenen Spulen 5 zur Steuerung des Magnetfeldes sowie Jochen 3, 8 zur Leitung des magnetischen Flusses innerhalb des magnetischen Kreises und der Magnetköpfe zur Leitung des magnetischen Flusses zum MAP.
Jeder elementare Magnetkreis ist durch das magnetisierbare MAP 10, 11 geschlossen. Das MAP wird somit als magnetischer Rückschluss verwendet. Die elementaren Magnetkreise werden durch nichtmagnetische Verbindungsstücke 4 magnetisch entkoppelt und können somit unabhängig gesteuert werden. Die mit MAP gefüllte Petrischale wird durch eine Haltevorrichtung mit einer Zentrierungsmöglichkeit befestigt und liegt direkt über den Magnetisierungsköpfen. Alle magnetführenden Komponenten können geblecht ausgeführt werden, um schnelle zeitabhängige Ansteuerungsmöglichkeiten zu gewährleisten. Die Haltestangen 13 dienen der Zentrierung und Befestigung der einzelnen elementaren Magnetsysteme. Durch dieses Konzept können die Pol-Paare (zwei Magnetköpfe) leicht für die spezifischen Anwendungen erweitert werden. Die Platte 14 dient der mechanischen oder aktorischen Steuerung der Permanentmagnete. Sie dient zur Abschwächung oder Abschaltung der Permanentmagnete, indem sie den unteren Teil des Magnetkreises magnetisch kurzschließt.
Das Gerät kann in drei Modi betrieben werden. Je nach notwendiger Feldstärke und verfügbarer Energieversorgung ist ein elektromagnetischer Betrieb über Spulen, ein Betrieb über Permanentmagnete und ein Hybridbetrieb über Spulen und PM möglich. So z. B. kann durch eine Änderung des Betrages und der Richtung der Ströme durch die Spulen die Magnetisierungswirkung der Permanentmagnete verstärkt oder abgeschwächt werden.
Der Zweck des Magnetisierungssystems ist es, sowohl eine räumliche als auch eine zeitliche Änderung des Magnetfeldes innerhalb des MAP zu erzeugen und somit sowohl räumlich als auch zeitlich die mechanischen Eigenschaften des MAP zu beeinflussen und/oder eine Bewegung der MAP-Oberfläche zu erzeugen.
Aus der Literatur ist bekannt, dass bei Anlegung eines genügend großen Magnetfeldes der räumliche Verlauf der MAP-Oberfläche instabil (Wölbung) wird. Dies führt zu akto-rischen Bewegungen des MAPs. Eine zeitliche und räumliche Veränderung des Magnetfeldes steuert die Verformung der Oberfläche und beeinflusst so die Bewegung und das Verhalten von Zellen an der MAP-Oberfläche. Es können z. B. wellenartige Bewegungen der MAP-Oberfläche erzeugt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

H. Böse: Viscoelastic properties of silicone-based magnetorheological elastomers. Int. J. Mod. Phys. B 21 (2007) 4790–4797 [0003]

Claims

Magnetoaktives und/oder elektroaktives Kompositmaterial enthaltend magnetisch und/oder elektrisch polarisierbare Partikel in mindestens einem Polymer als Matrix, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompositmaterial biokompatibel ist und/oder eine biokompatible Beschichtung oder eine biokompatible Oberflächenmodifikation aufweist.
Kompositmaterial gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das biokompatible Kompositmaterial und/oder die biokompatible Beschichtung bzw. Oberflächenmodifizierung eine Adhäsion von Proteinen ermöglicht.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Elastomer, insbesondere ein Siliconelastomer, ein Polyurethanelastomer oder ein thermoplastisches Elastomer, oder ein Gel, insbesondere ein Polyacrylamidgel, ist.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die biokompatible Beschichtung oder Oberflächenmodifizierung die Bindung von Proteinen, insbesondere Kollagen, Laminin, Fibronectin oder Gelatine erlaubt.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es einen E-Modul ≤ 500 kPa, bevorzugt ≤ 100 kPa, besonders bevorzugt ≤ 20 kPa aufweist.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus – Eisen, insbesondere Carbonyleisen – Eisenlegierungen, wie Eisen/Kobalt oder Eisen/Nickel, – Eisenoxiden, – Ferriten, – polarisierbaren und/oder dotierten Polymeren, insbesondere Polyurethan, – polarisierbaren und/oder dotierbaren anorganischen Materialien, besonders Zeolithen oder Perowskiten und/oder – Mischungen hiervon.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine mittlere Partikelgröße ≤ 100 μm, bevorzugt ≤ 10 μm, besonders bevorzugt ≤ 2 μm aufweisen.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine anisotrope Verteilung in der Polymermatrix aufweisen.
Verfahren zur Beeinflussung von auf dem magnetoaktiven und/oder elektroaktiven Kompositmaterial gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 angelagerten biologischen Zellen, wobei die Eigenschaften des magnetoaktiven und/oder elektroaktiven Kompositmaterials durch ein angelegtes Magnetfeld oder elektrisches Feld verändert werden.
Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Wachstum, die Morphologie und/oder die Proteinexpression der Zellen durch eine Einstellung der mechanischen Härte und/oder des Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials beeinflusst werden.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen aufgrund einer Einstellung einer lokal veränderlichen Härte und/oder eines lokal veränderlichen Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials migrieren.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zeitliche und/oder lokale Veränderung der Härte und/oder des Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials eine Steuerung der zellulären Proteinexpression der Zellen erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine aktive mechanische Stimulation der Zellen durch eine, gegebenenfalls pulsative und/oder aktorische, Bewegung der Oberfläche des Kompositmaterials erfolgt.
Verwendung des magnetoaktiven und/oder elektroaktiven Kompositmaterials gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 im Bereich der Biotechnologie, der Zellforschung, der regenerativen Medizin, zur Erforschung des Zellwachstums, zur Beeinflussung des Zellwachstums, zur Trennung verschiedener Zelltypen, zur Beeinflussung und/oder Steuerung der Zelldifferenzierung, zur Beeinflussung und/oder Steuerung der Proteinexpression sowie für die Erzeugung von Gewebe im Sinne des Tissue Engineering.
System zur Beeinflussung von biologischen Zellen enthaltend mindestens eine Einheit zur magnetischen Ansteuerung, die mindestens einen Permanentmagneten und/oder mindestens eine elektrische Spule und/oder mindestens eine elektrische Spannungsquelle und das magnetoaktive und/oder elektroaktive Kompositmaterial aufweist.
System gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die an der Oberfläche des Kompositmaterials erzeugbare magnetische Flussdichte B ≥ 1 mT, bevorzugt ≥ 10 mT, besonders bevorzugt 10 mT ≤ B ≤ 500 mT ist.
System gemäß einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gradient der magnetischen Flussdichte an der Oberfläche des Kompositmaterials erzeugt wird und zeitlich verändert werden kann.