EP2673360A2 - Magneto-active or electro-active composite material, use thereof, and method for influencing biological cells deposited on the magneto-active or electro-active composite material - Google Patents

Magneto-active or electro-active composite material, use thereof, and method for influencing biological cells deposited on the magneto-active or electro-active composite material

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EP2673360A2
EP2673360A2 EP12704688.6A EP12704688A EP2673360A2 EP 2673360 A2 EP2673360 A2 EP 2673360A2 EP 12704688 A EP12704688 A EP 12704688A EP 2673360 A2 EP2673360 A2 EP 2673360A2
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EP
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composite material
active
cells
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biocompatible
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EP12704688.6A
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Jörn PROBST
Holger Böse
Raman RABINDRANATH
Günther SCHLUNCK
Gareth MONKMANN
Mikhail Chamonine
Eva FORSTER
Matthias Mayer
Alexander BENTZ
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Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Julius Maximilians Universitaet Wuerzburg
Ostbayerische Technische Hochschule Regensburg (OTH Regensburg)
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Publication date
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Definitions

  • Magnetoactive or electroactive composite material its use and method for influencing biological cells deposited on the magnetoactive or electroactive composite material
  • the invention relates to biocompatible, soft, magneto-active polymers (MAP) whose elastomechanical properties can be adjusted by a magnetic field. Moreover, the invention relates to special magnetic field systems for the local control of the MAP and the movement, separation, control and influence of biological cells on the surface of the MAP material.
  • MAP biocompatible, soft, magneto-active polymers
  • Magnetorheological elastomers are composites consisting of an elastomer matrix and magnetizable particles contained therein.
  • the application of a magnetic field gives rise to attractive interactions between the particles, which hardening of the composite material lead.
  • another effect additionally occurs, which consists of stretching in an inhomogeneous magnetic field.
  • Both processes are reversible and steplessly controllable.
  • the reversible strain manifests itself in the relatively weakly networked MAP materials in a magnetic field-controlled shape memory effect.
  • the magnetomechanical properties of the MRE can be adjusted over a wide range of composition. The main influencing parameters are the
  • Iron powder which originate from various manufacturing processes, has hitherto predominantly been used as particulate material
  • MAP magneto-active polymers
  • ERE electrorheological elastomers
  • the matrix material of the ERE can also be used silicone elastomer, while the polarizable particles of a polymer or inorganic materials such. B. zeolites can exist.
  • Soft ERE will be electroactive in the following
  • biomechanical stimuli can be exerted very advantageously by MAP materials if they are biocompatible.
  • MAP materials are biocompatible.
  • Elastomers fall on silicone, which is adjustable in its mechanical properties on the degree of chemical crosslinking in a wide range.
  • the silicone surface is coated with a cell-compatible coating, e.g. modified from collagen or gelatin.
  • the magnetic field generation system is to be a varia- allow for adjustable magnetic field strength in MAP. Due to the magnetic field strength, the hardness of the MAP material can be adjusted, which influences cell growth. In a specific embodiment, the magnetic field generating system can generate locally varying magnetic fields. Due to the resulting local differences in hardness on the MAP surface, cell migration can be triggered because different cells prefer different degrees of hardness of the substrate.
  • Another specific embodiment of the magnetic induction generating system is capable of generating time-varying inhomogeneous magnetic fields. This uses the actoric effect of MAP materials so that the material follows and moves with the variable magnetic field.
  • EAPs electroactive polymers
  • the proliferation of different cell types can be influenced by a hardness of a MAP or EAP set by a static magnetic field or a static electric field.
  • An actuatory stimulation of the cells can be produced by a temporally and / or locally variable hardness of the MAPs / EAPs.
  • the cellular protein expression influenced by temporally and / or locally variable hardness of the MAPs / EAPs.
  • a magnetoactive and / or electroactive composite material which contains magnetically and / or electrically polarisable particles in at least one polymer as matrix.
  • the composite material is a biocompatible composite material or a biocompatible coated or surface-biocompatible modified
  • both a biocompatible composite material or polymer and a non-biocompatible composite material or polymer may be biocompatible modified or coated on the surface.
  • biocompatible it is preferred that the biocompatible
  • the polymer is an elastomer, in particular a silicone elastomer, a polyurethane elastomer or a thermoplastic
  • Elastomer or a gel, in particular a polyacrylamide gel.
  • the polymer has a biocompatible surface modification which inhibits the binding of proteins, e.g. Collagen, laminin, fibronectin or gelatin.
  • proteins e.g. Collagen, laminin, fibronectin or gelatin.
  • the composite material according to the invention preferably has an E modulus 500 500 kPa, preferably 100 100 kPa, and more preferably 20 20 kPa.
  • the magnetically polarisable particles are ferromagnetic and preferably selected from the group consisting of iron, iron alloys, such as iron / cobalt or iron / nickel, iron oxides, ferrites and / or mixtures thereof.
  • the electrically polarizable particles are selected from the group consisting of polymers or doped polymers, preferably polyurethane, or of inorganic materials, preferably zeolites.
  • the particles in this case preferably have an average particle size -S 100 ⁇ m, preferably 10 ⁇ m and particularly preferably 2 ⁇ m.
  • the particles in the polymer matrix may have an anisotrope distribution.
  • a method for influencing the invention magneto-active and / or electroactive composite material attached biological cells wherein the properties of the magneto-active and / or electroactive composite material can be changed by an applied magnetic field or electric field.
  • the cells are stimulated by adjusting the mechanical hardness and / or the modulus of elasticity of the composite material.
  • the cells can migrate due to an adjustment of a locally variable hardness and / or a locally variable modulus of elasticity of the composite material.
  • the temporal and / or local change in the hardness and / or the modulus of elasticity of the composite material is used to control the cellular protein expression of the cells.
  • the control according to the invention of the biocompatible polymer takes place with a magnetization system.
  • a magnetization system consists of single or multiple elementary magnetic circuits in the various forms.
  • Each elementary magnetic circuit consists of one or more magnetic field sources, magnetic flux carrying components, and the composite material that terminates the magnetic circuit.
  • magnetic field sources permanent magnets and / or coils can be used.
  • the magnetic flux conducting components are preferably made of a ferromagnetic Voll L, laminated material.
  • the system can preferably also be equipped with a holding system and / or centering device. Furthermore, one or more coils may flow around the magnetic flux- be arranged the components.
  • the permanent magnetic material may be disposed within or in the vicinity of the magnetic circuit components.
  • the elementary circles may be arranged per sample as a single system or as an array of magnetic elementary circles in series, as a circle, or in another form.
  • the magnetization system is below or to the side of one or more containers or trays containing the samples
  • the magnetically flux-conducting components and magnetic heads / needles form a magnetic inference with the air gap between the container and the samples.
  • the holding device connects the magnetization system with the containers used.
  • the samples or containers are aligned with the magnetization system.
  • the magnetic field generating coils can be embedded in the polymer.
  • a further alternative according to the invention provides that an active mechanical stimulation of the cells by means of an optionally pulsative and / or
  • the hardness of the MAP material can be individually and reversibly adjusted to the requirements of the cell culture by means of a magnetic field.
  • a special magnetic field generation system can be used to set locally different magnetic fields and corresponding hardness ranges of the MAP material, which can trigger cell migrations. Furthermore, a corresponding movement and thus an active mechanical stimulation of the cell culture can be triggered by a time-varying inhomogeneous magnetic field in a soft AP material.
  • the protein expression of the cells can be influenced by a temporally and / or locally variable hardness of the MAP material.
  • Materials are additionally functionalized with special chemical groups, whereby the adhesion of cells and thus the effect of mechanical stimulation is improved.
  • Magnetoactive or electroactive polymers of tissue-like elasticity are suitable as substrates for the growth, multiplication and differentiation of
  • Nervous tissue can be of great importance.
  • the invention likewise provides a system for influencing biological cells, which contains at least one unit for magnetic and / or electrical activation, the at least one permanent magnet and / or at least one electrical coil or at least one voltage supply and the magneto-active and / or electroactive
  • the magnetic flux density generated at the surface of the composite material is the magnetic flux density generated at the surface of the composite material.
  • B mT preferably B ⁇ 10 mT, particularly preferably B> 10 mT and B ⁇ 500 m.
  • the gradient of the magnetic flux density and / or the electric field strength at the surface of the composite material is generated and can be changed over time.
  • FIG. 1 shows a system according to the invention for influencing biological cells with a unit for magnetic activation. example
  • Silicone composites is modified with a collagen coating.
  • the magnetization system consists of several elementary magnetization systems (FIG. 1).
  • Each elementary magnetization system consists of one or more permanent magnets 7, current-carrying coils 5 for controlling the magnetic field and yokes 3, 8 for conducting the magnetic flux within the magnetic circuit and the magnetic heads for conducting the magnetic flux to the MAP.
  • Each elementary magnetic circuit is closed by the magnetizable MAP 10, 11.
  • the MAP is thus used as magnetic inference.
  • the elementary magnetic circuits are magnetically decoupled by non-magnetic connecting pieces 4 and can thus be controlled independently.
  • the MAP filled Petri dish is attached by a holding device with a Zentri réelles Anlagenkeit and is di- right above the magnetization heads. All magnet-carrying components can be laminated to ensure fast time-dependent control options.
  • the support rods 13 serve the centering and attachment of the individual elementary
  • the plate 14 serves for the mechanical or actuatoric control of the permanent magnets. It serves to attenuate or switch off the permanent magnets by magnetically shorting the lower part of the magnetic circuit.
  • the device can be operated in three modes. Depending on the required field strength and available power supply, electromagnetic operation via coils, operation via permanent magnets and hybrid operation via coils and PM is possible. For example, By changing the magnitude and direction of the currents through the coils, the magnetizing effect of the
  • Permanent magnets strengthened or weakened.
  • the purpose of the magnetization system is to generate both a spatial and a temporal change of the magnetic field within the MAP and thus to influence both the mechanical and temporal properties of the MAP and / or to generate a movement of the MAP surface. From the literature it is known that when egg ⁇ nes

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Abstract

The invention relates to biocompatible, soft, magneto-active polymers (MAP), the elasto-mechanical properties of which can be adjusted by a magnetic field. The invention further relates to special magnetic field systems for locally controlling the MAP and moving, separating, controlling, and influencing biological cells on the surface of the MAP material.

Description

Magnetoaktives oder elektroaktives Kompositmaterial, dessen Verwendung und Verfahren zur Beeinflussung von auf dem magnetoaktiven oder elektroaktiven Kompositmaterial angelagerten biologischen Zellen  Magnetoactive or electroactive composite material, its use and method for influencing biological cells deposited on the magnetoactive or electroactive composite material
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 . The invention relates to biocompatible, soft, magneto-active polymers (MAP) whose elastomechanical properties can be adjusted by a magnetic field. Moreover, the invention relates to special magnetic field systems for the local control of the MAP and the movement, separation, control and influence of biological cells on the surface of the MAP material.
Magnetorheologische Elastomere (MRE) sind Komposite die aus einer Elastomermatrix und darin enthaltenen magnetisierbaren Partikeln bestehen. Durch das Anle gen eines Magnetfeldes entstehen anziehende Wechsel Wirkungen zwischen den Partikeln, die zu einer Ver- härtung 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 stu- fenlos 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 dieMagnetorheological elastomers (MRE) are composites consisting of an elastomer matrix and magnetizable particles contained therein. The application of a magnetic field gives rise to attractive interactions between the particles, which hardening of the composite material lead. In the case of mechanically very soft MRE, another effect additionally occurs, which consists of stretching in an inhomogeneous magnetic field. Both processes are reversible and steplessly controllable. The reversible strain manifests itself in the relatively weakly networked MAP materials in a magnetic field-controlled shape memory effect. The magnetomechanical properties of the MRE can be adjusted over a wide range of composition. The main influencing parameters are the
Art, Größe und Konzentration der magnetisierbaren Partikel sowie die Zusammensetzung und der Vernetzungsgrad des verwendeten Polymers . Type, size and concentration of magnetizable particles and the composition and degree of crosslinking of the polymer used.
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: Due to the focus on applications in the field of adaptive vibration reduction, interest in MRE has in the past focused on relatively hard composites. Preferred elastomeric materials consist of nitrile rubber and silicones. On the other hand, relatively soft MAP composites based on silicones have been prepared and investigated for their properties (H. Böse:
Viscoelastic properties of silicone-based 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 magnetorheological elastomers. Int. J. Mod. Phys. B 21 (2007) 4790-4797). Iron powder, which originate from various manufacturing processes, has hitherto predominantly been used as particulate material
(Carbonyleisenpulver, luft- oder wasserverdüste Ei¬ senpulver) und sich in ihrer mittleren Partikelgröße deutlich unterscheiden. (Carbonyleisenpulver, air or water atomized egg ¬ senpulver) and differ significantly in their average particle size.
Weiche, d.h. chemisch schwach vernetzte MRE-Kompo- site, werden im Folgenden magnetoaktive Polymere (MAP) genannt. Zu den MAP sollen auch Gele gezählt werden, die ebenfalls magnetisierbare Partikel ent¬ halten . Analog sind elektrorheologische Elastomere (ERE) Kom- posite 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 elektroaktiveSoft, ie chemically weakly crosslinked MRE composites are referred to below as magneto-active polymers (MAP). Among the MAP and gels to be counted, which hold also magnetizable particles ent ¬. Analogously, electrorheological elastomers (ERE) are composites of electrically polarizable particles in an elastomer matrix. By applying an electric field, similar effects can be achieved as with the magnetorheological elastomers in the magnetic field. As the matrix material of the ERE can also be used silicone elastomer, while the polarizable particles of a polymer or inorganic materials such. B. zeolites can exist. Soft ERE will be electroactive in the following
Polymere (EAP) genannt. Called polymers (EAP).
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 . Recent work in the field of biological cell research shows that biomechanical stimuli exert a major influence on cell behavior in general, the differentiation and protein expression patterns of cells in particular, and are also of great importance in pathological processes such as arteriosclerosis. Due to the lack of general availability of corresponding devices, however, these essential biological influences have so far been little studied.
Derartige biomechanische Reize können von MAP-Mate- rialien sehr vorteilhaft ausgeübt werden, sofern sie biokompatibel sind. Eine bevorzugte Wahl des Such biomechanical stimuli can be exerted very advantageously by MAP materials if they are biocompatible. A preferred choice of
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. Elastomers fall on silicone, which is adjustable in its mechanical properties on the degree of chemical crosslinking in a wide range. For cell rearing, the silicone surface is coated with a cell-compatible coating, e.g. modified from collagen or gelatin.
Zur Ausübung der biomechanischen Reize auf die Zellen ist ein besonderes Magnetfelderzeugungssystem notwendig. Das Magnetfelderzeugungssystem soll eine varia- bei 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 MagnetfeiderzeugungsSystems 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. To exercise the biomechanical stimuli on the cells, a special magnetic field generating system is necessary. The magnetic field generation system is to be a varia- allow for adjustable magnetic field strength in MAP. Due to the magnetic field strength, the hardness of the MAP material can be adjusted, which influences cell growth. In a specific embodiment, the magnetic field generating system can generate locally varying magnetic fields. Due to the resulting local differences in hardness on the MAP surface, cell migration can be triggered because different cells prefer different degrees of hardness of the substrate. Another specific embodiment of the magnetic induction generating system is capable of generating time-varying inhomogeneous magnetic fields. This uses the actoric effect of MAP materials so that the material follows and moves with the variable magnetic field.
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) ) : If a cell culture is exposed on the surface of the biocompatible MAP material, then various stimulating effects can be produced (alternative to MAPs also by electroactive polymers (EAPs)):
Die Proliferation unterschiedlicher Zelltypen (Fibroblasten, etc.) kann durch eine über ein statisches Magnetfeld oder ein statisches elekt risches Feld eingestellte Härte eines MAPs oder EAPs beeinflusst werden. The proliferation of different cell types (fibroblasts, etc.) can be influenced by a hardness of a MAP or EAP set by a static magnetic field or a static electric field.
Lokal unterschiedliche Härteeinstellungen der MAPs oder der EAPs führen zu einer Beeinflussung der Zellmigration. (Durotaxis-Effekt ) . Locally different hardness settings of the MAPs or the EAPs lead to an influence on the cell migration. (Durotaxis effect).
Es kann eine aktuatorische Stimulation der Zellen durch eine zeitlich und/oder lokal veränderliche Härte des MAPs/EAPs erzeugt werden. An actuatory stimulation of the cells can be produced by a temporally and / or locally variable hardness of the MAPs / EAPs.
Ebenso wird die zelluläre Proteinexpression durch zeitlich und/oder lokal veränderliche Härte des MAPs/EAPs beeinflusst. Likewise, the cellular protein expression influenced by temporally and / or locally variable hardness of the MAPs / EAPs.
Ausgehend hiervon war es Aufgabe der vorliegenden Er- findung, Substratmaterialien für Zellkulturen bereitzustellen, deren Härte sich nach der Herstellung gezielt verändern lässt. Proceeding from this, it was an object of the present invention to provide substrate materials for cell cultures, the hardness of which can be selectively changed after production.
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. This object is achieved by the composite material with the features of claim 1 and the method for influencing deposited on the composite material biological cells having the features of claim 9. In claim 14 uses of the invention are given. Likewise, according to claim 14, a system for influencing biological cells is provided. The other dependent claims show advantageous developments.
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 modifiziertesAccording to the invention, a magnetoactive and / or electroactive composite material is provided which contains magnetically and / or electrically polarisable particles in at least one polymer as matrix. The composite material is a biocompatible composite material or a biocompatible coated or surface-biocompatible modified
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. Composite material. In the latter case, both a biocompatible composite material or polymer and a non-biocompatible composite material or polymer may be biocompatible modified or coated on the surface.
Es ist bevorzugt, dass das biokompatible It is preferred that the biocompatible
Kompositmaterial und/oder die biokompatible Beschich- tung 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 Composite material and / or the biocompatible coating or surface modification allows adhesion of proteins. Preferably, the polymer is an elastomer, in particular a silicone elastomer, a polyurethane elastomer or a thermoplastic
Elastomer, oder ein Gel, insbesondere ein Polyacryl- amidgel . Elastomer, or a gel, in particular a polyacrylamide gel.
Vorzugsweise weist das Polymer eine biokompatible Oberflächenmodifi zierung auf, welche die Bindung von Proteinen, z.B. Kollagen, Laminin, Fibronectin oder Gelatine erlaubt. Preferably, the polymer has a biocompatible surface modification which inhibits the binding of proteins, e.g. Collagen, laminin, fibronectin or gelatin.
Das erfindungsgemäße Kompositmaterial weist vorzugsweise einen E-Modul ^ 500 kPa, bevorzugt ^ 100 kPa und besonders bevorzugt ^ 20 kPa auf. The composite material according to the invention preferably has an E modulus 500 500 kPa, preferably 100 100 kPa, and more preferably 20 20 kPa.
Die magnetisch polarisierbaren Partikel sind ferro- magnetisch und vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Eisen, Eisenlegierungen, wie Eisen/- Kobalt oder Eisen/Nickel, Eisenoxiden, Ferriten und/oder Mischungen hiervon. The magnetically polarisable particles are ferromagnetic and preferably selected from the group consisting of iron, iron alloys, such as iron / cobalt or iron / nickel, iron oxides, ferrites and / or mixtures thereof.
Vorzugsweise sind die elektrisch polarisierbaren Partikel ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polymeren oder dotierten Polymeren, vorzugsweise Polyurethan, oder aus anorganischen Materialien, vorzugsweise Zeolithen. Preferably, the electrically polarizable particles are selected from the group consisting of polymers or doped polymers, preferably polyurethane, or of inorganic materials, preferably zeolites.
Die Partikel weisen dabei vorzugsweise eine mittlere Partikelgröße -S 100 um, bevorzugt 10 um und besonders bevorzugt ^ 2 um auf . The particles in this case preferably have an average particle size -S 100 μm, preferably 10 μm and particularly preferably 2 μm.
Die Partikel in der Polymermatrix können eine anisot rope Verteilung aufweisen. The particles in the polymer matrix may have an anisotrope distribution.
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. According to the invention, a method for influencing the invention magneto-active and / or electroactive composite material attached biological cells, wherein the properties of the magneto-active and / or electroactive composite material can be changed by an applied magnetic field or electric field.
Vorzugsweise werden die Zellen durch eine Einstellung der mechanischen Härte und/oder des Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials stimuliert. Preferably, the cells are stimulated by adjusting the mechanical hardness and / or the modulus of elasticity of the composite material.
Es ist weiter bevorzugt, dass die Zellen aufgrund einer Einstellung einer lokal veränderlichen Härte und/oder eines lokal veränderlichen Elastizitätsmoduls des Kompositmaterials migrieren können. It is further preferred that the cells can migrate due to an adjustment of a locally variable hardness and / or a locally variable modulus of elasticity of the composite material.
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. It is likewise preferred that the temporal and / or local change in the hardness and / or the modulus of elasticity of the composite material is used to control the cellular protein expression of the cells.
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 Magnetfeldguellen, 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 Vollbzw, geblechten Material. Das System kann vorzugsweise auch mit einem Haltesystem und oder Zentrierein- richtung ausgestattet sein. Weiterhin können eine oder mehrere Spulen um die magnetischen flussführen- den 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 . The control according to the invention of the biocompatible polymer takes place with a magnetization system. Preferably, it consists of single or multiple elementary magnetic circuits in the various forms. Each elementary magnetic circuit consists of one or more magnetic field sources, magnetic flux carrying components, and the composite material that terminates the magnetic circuit. As magnetic field sources permanent magnets and / or coils can be used. The magnetic flux conducting components are preferably made of a ferromagnetic Vollbzw, laminated material. The system can preferably also be equipped with a holding system and / or centering device. Furthermore, one or more coils may flow around the magnetic flux- be arranged the components. The permanent magnetic material may be disposed within or in the vicinity of the magnetic circuit components. The elementary circles may be arranged per sample as a single system or as an array of magnetic elementary circles in series, as a circle, or in another form.
Vorzugsweise befindet sich das Magnetisierungssystem unterhalb oder seitlich einzelner oder mehrere Behälter oder Schalen in denen sich die Proben Preferably, the magnetization system is below or to the side of one or more containers or trays containing the samples
(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.  (Composite materials) are located. The magnetically flux-conducting components and magnetic heads / needles form a magnetic inference with the air gap between the container and the samples. Preferably, the holding device connects the magnetization system with the containers used. Preferably, the samples or containers are aligned with the magnetization system. The magnetic field generating coils can be embedded in the polymer.
Erfindungsgemäß erfolgt eine lokale Veränderung des Magnetfelds : According to the invention, a local change of the magnetic field takes place:
Durch mechanische Bewegung von Behälter, Probe und /oder MagnetSystem  By mechanical movement of container, sample and / or magnet system
Durch eine mechanische Bewegung der felderzeugenden und feldführenden Komponenten gegenüber der Probe und Behälter  By a mechanical movement of the field-generating and field-guiding components relative to the sample and container
Durch eine mechanische Bewegung des Probenbe- hälters gegenüber, dem Magnetsystem  By a mechanical movement of the sample container opposite, the magnet system
Durch lokale Abschirmungen mit ferromagneti- schen Material  By local shielding with ferromagnetic material
Durch verschiedene Arrayanordnungen der feiderzeugenden und feldführenden Komponenten die hinzugefügt oder abgeschaltet werden können. Erfindungsgemäß erfolgt eine zeitliche Veränderung des Magnetfelds : By various array arrangements of the feeder-producing and field-guiding components that can be added or turned off. According to the invention, a temporal change of the magnetic field takes place:
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. By mechanical and dynamic movements of the field-generating, field-guiding components, coils, opposite the sample container, and samples. By mechanical and dynamic movements of the samples and containers relative to the magnetization system.
Durch eine zeitlich abhängige Bestromung der felderzeugenden Komponenten.  By a time-dependent energization of the field-generating components.
Ebenso ist es bevorzugt Kombinationen der aufgeführten Möglichkeiten zur lokalen und zeitlichen Änderun gen des Magnetfelds innerhalb des Probenbehälters oder der Probe zu verwenden. It is also preferred to use combinations of the listed options for local and temporal changes of the magnetic field within the sample container or the sample.
Eine weitere erfindungsgemäße Alternative sieht vor, dass eine aktive mechanische Stimulation der Zellen durch eine, gegebenenfalls pulsative und/oder A further alternative according to the invention provides that an active mechanical stimulation of the cells by means of an optionally pulsative and / or
aktorische, Bewegung der Oberfläche des Actoric, movement of the surface of the
Kompositmaterials erfolgt. Composite material takes place.
Die wichtigsten Vorteile der erfindungsgemäßen biokompatiblen magnetoaktiven Kompositmaterialien als Substratmaterialien zur Stimulation von biologischen Zellen sind dabei: The most important advantages of the biocompatible magneto-active composite materials according to the invention as substrate materials for stimulating biological cells are:
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 AP-Material eine entsprechende Bewegung und damit eine aktive mechanische Stimulation der Zellkultur ausgelöst werden. The hardness of the MAP material can be individually and reversibly adjusted to the requirements of the cell culture by means of a magnetic field. A special magnetic field generation system can be used to set locally different magnetic fields and corresponding hardness ranges of the MAP material, which can trigger cell migrations. Furthermore, a corresponding movement and thus an active mechanical stimulation of the cell culture can be triggered by a time-varying inhomogeneous magnetic field in a soft AP material.
Außerdem lässt sich die Proteinexpression der Zellen durch eine zeitlich und/oder lokal veränderliche Härte des MAP-Materials beeinflussen .  In addition, the protein expression of the cells can be influenced by a temporally and / or locally variable hardness of the MAP material.
- Schließlich kann die Oberfläche des MAP-- Finally, the surface of the MAP
Materials zusätzlich mit speziellen chemischen Gruppen funktionalisiert werden, wodurch die Adhäsion von Zellen und damit der Effekt der mechanischen Stimulation verbessert wird. Materials are additionally functionalized with special chemical groups, whereby the adhesion of cells and thus the effect of mechanical stimulation is improved.
Entsprechendes gilt auch für die elektroaktiven The same applies to the electroactive
Kompositmaterialien und deren Anregung durch ein elektrisches Feld. Verwendung finden die erfindungsgemäßen Composite materials and their excitation by an electric field. Use find the inventive
magnetoaktiven und/oder elektroaktiven magneto-active and / or electroactive
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. Composite materials in the field of biotechnology, cell research, regenerative medicine, cell growth research, cell growth, cell differentiation, modulation and / or control of cell differentiation, modulation and / or control of protein expression, and generation of cell proliferation Tissue in the sense of 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 dynamischenThe application spectrum in the field of biotechnology, cell research and regenerative medicine ranges from improved standard cell culture vessels with tissue-specific elastic properties and immediately high market potential to dynamic ones
Zellsortiersystemen und differentiell steuerbaren An- Zuchteinheiten für die spezifische Cokultur unterschiedlicher Zelltypen als Basis für Gewebskonstruk- te. Magnetoaktive oder elektroaktive Polymere von ge- websähnlicher Elastizität eignen sich als Unterlage für die Anzucht, Vermehrung und Differenzierung vonCell sorting systems and differentially controllable Breeding units for the specific coculture of different cell types as basis for tissue constructs. Magnetoactive or electroactive polymers of tissue-like elasticity are suitable as substrates for the growth, multiplication and differentiation of
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- undCells in vitro. At the same time, with the help of the overall system, techniques can be developed which allow the elasticity of the cell culture substrate to be changed in situ, similar to the development of tissues in the organism. Such dynamic control opens new possibilities to study biomechanical cellular processes and to produce biological stimuli such as traction phenomena or finest pulsatile movements, e.g. for the training of muscle, tendon, vascular and
Nervengewebe von großer Bedeutung sein können. Nervous tissue can be of great importance.
Erfindungsgemäß wird ebenso ein System zur Beeinflussung von biologischen Zellen bereitgestellt, das min- destens 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 The invention likewise provides a system for influencing biological cells, which contains at least one unit for magnetic and / or electrical activation, the at least one permanent magnet and / or at least one electrical coil or at least one voltage supply and the magneto-active and / or electroactive
Kompositmaterial aufweist. Has composite material.
Vorzugsweise beträgt die an der Oberfläche des Kompositmaterials erzeugte magnetische Flussdichte Preferably, the magnetic flux density generated at the surface of the composite material is
B mT, bevorzugt B ^ 10 mT, besonders bevorzugt B > 10 mT und B < 500 m . B mT, preferably B ^ 10 mT, particularly preferably B> 10 mT and B <500 m.
Es ist weiter bevorzugt, dass der Gradient der magnetischen Flussdichte und/oder der elektrischen Feldstärke an der Oberfläche des Kompositmaterials er- zeugt wird und zeitlich verändert werden kann. Anhand der nachfolgenden Figur und des nachfolgenden Beispiels soll der erfindungsgeraäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf die hier gezeigten speziellen Ausführungsformen einschränken zu wollen. It is further preferred that the gradient of the magnetic flux density and / or the electric field strength at the surface of the composite material is generated and can be changed over time. With reference to the following figure and the following example of erfindungsgeraäße object to be explained in more detail, without wishing to limit this to the specific embodiments shown here.
Figur 1 zeigt ein erfindungsgemäßes System zur Beeinflussung biologischer Zellen mit einer Einheit zur magnetischen Aktivierung. Beispiel FIG. 1 shows a system according to the invention for influencing biological cells with a unit for magnetic activation. example
Das MAP-Material besteht aus Silikonelastomer und The MAP material is made of silicone elastomer and
30 Vol.-% Partikeln aus Carbonyleisen mit einer mittleren Partikelgröße von ca. 5 um. Der E-Modul des MAP-Materials beträgt ca. 30 kPa. Die Oberfläche des30% by volume particles of carbonyl iron with an average particle size of about 5 μm. The modulus of elasticity of the MAP material is approx. 30 kPa. The surface of the
Silikonkomposits ist mit einer Beschichtung aus Kollagen modifiziert. Silicone composites is modified with a collagen coating.
Das Magnetisierungssystem besteht aus mehreren ele- mentaren MagnetisierungsSystemen (Fig. 1) . The magnetization system consists of several elementary magnetization systems (FIG. 1).
Jedes elementare Magnetisierungssystem besteht aus einem oder mehreren Permanentmagneten 7, stromdurch- flossenen Spulen 5 zur Steuerung des Magnetfeldes so- wie Jochen 3, 8 zur Leitung des magnetischen Flusses innerhalb des magnetischen Kreises und der Magnetköpfe zur Leitung des magnetischen Flusses zum MAP. Each elementary magnetization system consists of one or more permanent magnets 7, current-carrying coils 5 for controlling the magnetic field and yokes 3, 8 for conducting the magnetic flux within the magnetic circuit and the magnetic heads for conducting the magnetic flux to the MAP.
Jeder elementare Magnetkreis ist durch das magneti- sierbare 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 di- rekt 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 elementarenEach elementary magnetic circuit is closed by the magnetizable MAP 10, 11. The MAP is thus used as magnetic inference. The elementary magnetic circuits are magnetically decoupled by non-magnetic connecting pieces 4 and can thus be controlled independently. The MAP filled Petri dish is attached by a holding device with a Zentrierungsmöglichkeit and is di- right above the magnetization heads. All magnet-carrying components can be laminated to ensure fast time-dependent control options. The support rods 13 serve the centering and attachment of the individual elementary
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 Perma- nentmagnete. Sie dient zur Abschwächung oder Abschaltung der Permanentmagnete, indem sie den unteren Teil des Magnetkreises magnetisch kurzschließt. Magnet systems. With this concept, the pole pairs (two magnetic heads) can easily be extended for the specific applications. The plate 14 serves for the mechanical or actuatoric control of the permanent magnets. It serves to attenuate or switch off the permanent magnets by magnetically shorting the lower part of the magnetic circuit.
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 Strö- me durch die Spulen die Magnetisierungswirkung derThe device can be operated in three modes. Depending on the required field strength and available power supply, electromagnetic operation via coils, operation via permanent magnets and hybrid operation via coils and PM is possible. For example, By changing the magnitude and direction of the currents through the coils, the magnetizing effect of the
Permanentmagnete verstärkt oder abgeschwächt werden. Permanent magnets strengthened or weakened.
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 ei¬ nes The purpose of the magnetization system is to generate both a spatial and a temporal change of the magnetic field within the MAP and thus to influence both the mechanical and temporal properties of the MAP and / or to generate a movement of the MAP surface. From the literature it is known that when egg ¬ nes
genügend großen Magnetfeldes der räumliche Verlauf der MAP-Oberfläche instabil (Wölbung) wird. Dies führt zu akto-rischen Bewegungen des MAPs . Eine zeit- liehe und räumliche Veränderung des Magnetfeldes steuert die Verformung der Oberfläche und beeinflusst so die Bewegung und das Verhalten von Zellen an der MAP-Oberflache . Es können z.B. wellenartige Bewegungen der MAP-Oberflache erzeugt werden. sufficiently large magnetic field the spatial course of the MAP surface becomes unstable (vaulting). This leads to actoric movements of the MAP. A temporal and spatial change of the magnetic field controls the deformation of the surface and influences it so the movement and behavior of cells at the MAP surface. For example, wave-like movements of the MAP surface can be generated.

Claims

Patentansprüche claims
1. 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 . 1. Magnetoactive and / or electroactive composite material containing magnetically and / or electrically polarizable particles in at least one polymer as a matrix, characterized in that the composite material is biocompatible and / or has a biocompatible coating or a biocompatible surface modification.
2. Kompositmaterial gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das biokompatible Kompositmaterial und/oder die biokompatible Beschichtung bzw. Oberflächenmodifizierung eine Adhäsion von Proteinen ermöglicht. 2. Composite material according to the preceding claim, characterized in that the biocompatible composite material and / or the biocompatible coating or surface modification allows adhesion of proteins.
3. Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche , 3. Composite material according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass das Polymer ein Elastomer, insbesondere ein Siliconelastomer, ein Polyurethanelastomer oder ein thermoplastisches Elastomer, oder ein Gel, insbesondere ein Polyacrylamidgel , ist.  characterized in that the polymer is an elastomer, in particular a silicone elastomer, a polyurethane elastomer or a thermoplastic elastomer, or a gel, in particular a polyacrylamide gel.
4. Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die biokompatible Beschichtung oder Oberflächenmodifizierung die Bindung von Proteinen, insbesondere Kollagen, Laminin, Fibronectin oder Gelatine er laubt . 4. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the biocompatible coating or surface modification, the binding of proteins, in particular Collagen, laminin, fibronectin or gelatin he permits.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Composite material according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass es einen E-Modul ^ 500 kPa, bevorzugt ^ 100 kPa, besonders bevorzugt 20 kPa aufweist.  characterized in that it has an E modulus 500 500 kPa, preferably 100 100 kPa, particularly preferably 20 kPa.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Composite material according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel ausge wählt sind aus der Gruppe bestehend aus  characterized in that the particles are selected from the group consisting of
- Eisen, insbesondere Carbonyleisen  - Iron, especially carbonyl iron
- Eisenlegierungen, wie Eisen/Kobalt oder  - Iron alloys, such as iron / cobalt or
Eisen/Nickel ,  Iron / nickel,
- Eisenoxiden,  - iron oxides,
- Ferriten,  - ferrites,
- polarisierbaren und/oder dotierten Polymeren, insbesondere Polyurethan,  polarizable and / or doped polymers, in particular polyurethane,
- polarisierbaren und/oder dotierbaren anorgani sehen Materialien, besonders Zeolithen oder Perowskiten und/oder  - polarizable and / or dopable anorgani see materials, especially zeolites or perovskites and / or
- Mischungen hiervon.  - mixtures thereof.
Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, Composite material according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine mittlere Partikelgröße ^ 100 μιη, bevorzugt  characterized in that the particles have a mean particle size ^ 100 μιη, preferably
10 um, besonders bevorzugt 2 um aufweisen.  10 μm, more preferably 2 μm.
8. Kompositmaterial gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikel eine anisotrope Verteilung in der Polymermatrix aufweisen . 8. Composite material according to one of the preceding claims, characterized in that the particles have an anisotropic distribution in the polymer matrix.
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 Method for influencing biological cells deposited on the magnetoactive and / or electroactive composite material according to any one of claims 1 to 8, wherein the properties of the magnetoactive and / or electroactive
Kompositmaterials durch ein angelegtes Magnetfeld oder elektrisches Feld verändert werden. Composite material can be changed by an applied magnetic field or electric field.
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 A method according to the preceding claim, characterized in that the growth, the morphology and / or the protein expression of the cells by adjusting the mechanical hardness and / or the modulus of elasticity of the
Kompositmaterials beeinflusst werden. Composite material can be influenced.
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. Method according to one of claims 9 or 10, characterized in that the cells migrate due to an adjustment of a locally variable hardness and / or a locally variable modulus of elasticity of the composite material.
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 mecha nische Stimulation der Zellen durch eine, gege benenfalls pulsative und/oder aktorische, Bewe gung der Oberfläche des Kompositmaterials erfolgt. Method according to one of claims 9 to 11, characterized in that by the temporal and / or local change in the hardness and / or the modulus of elasticity of the composite material, a control of the cellular protein expression of the cells takes place. Method according to one of claims 9 to 12, characterized in that an active mechanical stimulation of the cells of the cells by a, where appropriate, pulsative and / or actoric, BEWE tion of the surface of the composite material takes place.
Verwendung des magnetoaktiven und/oder elektro- aktiven 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. 15. 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 gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist. Use of the magneto-active and / or electroactive composite material according to one of Claims 1 to 8 in the field of biotechnology, cell research, regenerative medicine, cell growth research, cell growth, the separation of different cell types, and influencing and / or controlling Cell differentiation, influencing and / or controlling the protein expression and for the production of tissue in terms of tissue engineering. 15. A system for influencing biological cells comprising at least one unit for magnetic activation, which has at least one permanent magnet and / or at least one electrical coil and / or at least one electrical voltage source and the magnetoactive and / or electroactive composite material according to one of claims 1 to 8 ,
System gemäß Anspruch 15, System according to claim 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 ver ändert werden kann. characterized in that the magnetic flux density which can be generated at the surface of the composite material B ^ 1 mT, preferably ^ 10 mT, particularly preferably 10 mT ^ B ^ 500 mT. System according to one of claims 15 or 16, characterized in that the gradient of the magnetic flux density is generated at the surface of the composite material and can be changed over time ver.
EP12704688.6A 2011-02-09 2012-02-09 Magneto-active or electro-active composite material, use thereof, and method for influencing biological cells deposited on the magneto-active or electro-active composite material Withdrawn EP2673360A2 (en)

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