Wechselwirkung von RGD mit magnetischen Formgedächtnislegierungen

19.11.2012 - Deutschland

Eine Arbeitsgruppe am Leibniz Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. und Translationszentrum für Regenerative Medizin hat zusammen mit der Fakultät für Physik und Geowissenschaften die Wechselwirkung von RGD mit magnetischen Formgedächtnislegierungen untersucht und nun in Advanced Functional Materials veröffentlicht. Mittels Dichtefunktionaltheorie-Computersimulationen, die vom Rechenumfang an die Leistungsfähigkeit aktueller Supercomputer heran reicht, konnten sie nachweisen, wie das RGD Molekül an die Legierung anbindet und dessen Bindungsenergie bestimmt.

Ferromagnetische Formgedächtnislegierungen gehören zu den sogenannten "intelligenten Materialen". Sie können ihre Form im externen Magnetfeld reversibel verändern und bieten so viele neue Anwendungen in der Medizin. In diesem Zusammenhang ist insbesondere die Legierung Eisen-Palladium (Fe-Pd) interessant, da sie biokompatibel ist und lebendige Zellen an ihr anhaften können. Diese Adhäsion von Zellen wird durch Rezeptoren an der Zelloberfläche, hauptsächlich sogenannte Integrine, gesteuert. Diese binden an die Aminosäuresequenz Arginin-Glycin-Asparagin (RGD) an, die in vielen Proteinen der extrazellulären Matrix im Körper vorhanden ist. RGD kann jedoch auch von den Zellen selber produziert werden.

Wie stark dieses adhäsionsunterstützende Molekül RGD an Fe-Pd anhaftet, ist entscheidend für die Biokompatibilität und die Nutzung des Materials in der Medizin: Haftet das RGD schwach, wird es von der Zelle abgerissen, diese kann nicht richtig anhaften und stirbt schließlich ab. Die Arbeitsgruppe von Prof. Stefan Mayr (Leibniz Institut für Oberflächenmodifizierung e.V. und Translationszentrum für Regenerative Medizin) hat nun zusammen mit Dr. Mareike Zink (Fakultät für Physik und Geowissenschaften) und den Doktoranden Florian Szillat und Uta Allenstein die Wechselwirkung von RGD mit magnetischen Formgedächtnislegierungen untersucht. Mittels Dichtefunktionaltheorie-Computersimulationen konnten sie nachweisen, wie das RGD Molekül an die Legierung anbindet und dessen Bindungsenergie bestimmt.

Experimentell konnten die beiden Arbeitsgruppen die Simulationsergebnisse erfolgreich bestätigen, indem sie die Abreißkräfte vom RGD gemessen und Zellen direkt auf der Legierung kultiviert haben. Hierbei war es möglich, die Adhäsionspunkte der Zelle mit dem Substrat zu beobachten, um die Adhäsionskraft zu quantifizieren. Durch die Kombination von Simulation und Experiment war es erstmalig möglich zu zeigen, dass die Bindung von RGD an das Substrat eine Größenordnung stärker ist als die Haftung der Zelle an das RGD. Diese Ergebnisse bieten neue Möglichkeiten, magnetische Formgedächtnismaterialien durch RGD-Beschichtungen zu funktionalisieren und in der Zukunft deren Einsatz in der regenerativen Medizin zu ermöglichen.

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