Fraunhofer:
Bioresorbierbare Membran für
die Heilung innerer und äußerer Wunden
Fraunhofer-Forschenden ist es gelungen, aus bioresorbierbarem Kieselgel Renacer® eine elektroversponnene Membran herzustellen, die weder zell- noch gentoxisch ist. Diese Matrix ahmt Faserstrukturen nach, die im Bindegewebe vorkommen. Sie eignet sich daher insbesondere für regenerative Anwendungen, etwa für eine bessere Wundheilung.
Die Behandlung großflächiger sowie innerer Wunden ist eine nHerausforderung und kann äußerst langwierig sein. Forscherinnen und nForscher des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC und des nFraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin ITEM nhaben für diesen Anwendungsbereich eine bioresorbierbare Membran nentwickelt, die die Wundheilung unterstützt und sich vollständig im nKörper zu einer natürlichen Substanz biologisch abbaut.
Basis für die neuartige Membran ist ein am Fraunhofer ISC nentwickeltes Faservlies, das für die Regeneration von chronischen nWunden, wie dem diabetischen Fuß, bereits medizinisch zugelassen ist. nDas Material löst sich im Verlauf der Wundheilung nach sechs bis acht nWochen vollständig auf. Den Faserdurchmesser von 50 Mikrometer konnten ndie Forschenden um mehr als das 50fache verringern, sodass die Fasern nnun Durchmesser von weniger als einem Mikrometer aufweisen. Dabei nwendete das Team die Methode des Elektrospinnens an. Auf diese Weise nkonnten die Forschenden ein Kieselgelsol zu einer engmaschigen nKieselgelmembran aus Fasern mit einem Durchmesser von ca. einem nMikrometer verspinnen. Teilweise erzielten sie sogar Durchmesser von nlediglich 100 Nanometern.
"Diese Fasersysteme ahmen die extrazelluläre nMatrix, also Faserstrukturen, die im Bindegewebe vorkommen, im Körper nnach und werden von humanen Zellen sehr gut zur Regeneration angenommen.n Sie verursachen keine Fremdkörperreaktionen und keine inneren nVernarbungen. Die neuartige Kieselgelmembran setzt nur ein nDegradationsprodukt frei, die Monokieselsäure, die im Körper nregenerierend wirkt und das Schließen von Wunden fördert", erläutert Dr.n Bastian Christ, Wissenschaftler am Fraunhofer ISC in Würzburg. Mit nseinen Kolleginnen und Kollegen kümmerte er sich um die Synthese und dien Verarbeitung des Materials.
"Während das ursprüngliche Faservlies aus 50 Mikrometer dicken Fasernn von außen in eine chronische Wund
e eingebracht wird, eignet sich das ndünnere Faservlies auch für innere Anwendungen. Füllmaterial, das für nKnochendefekte im Kiefer genutzt wird, könnte theoretisch damit nabgedeckt werden, um so die Wundheilung zu beschleunigen", beschreibt nDr. Christina Ziemann, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ITEM und für die nbiologische Evaluierung des Materials zuständig, eine von vielen nEinsatzmöglichkeiten. "Prinzipiell lässt sich die Membran im Körper mit nbioabbaubaren Klebstoffen verkleben."
Material ist weder zell- noch gentoxisch Mittels eines Konfokalmikroskops, eines speziellen Lichtmikroskops, nkonnte gezeigt werden, dass die engmaschige Membran, die als nDemonstrator vorliegt, über eine Barrierefunktion verfügt, die den nDurchtritt von Bindegewebszellen über die Dauer von mindestens sieben nTagen verhindert, ohne die Zellen generell vom Wachstum abzuhalten. nDarüber hinaus ist die Membran resorbierbar und weist keine Zyto- oder nGentoxizität auf, sie verursacht also weder direkte Schäden am Gewebe nnoch an der DNA.
Faserdurchmesser und Maschenweite
beeinflussen das Verhalten der Zellen
Für die Anwendung als Adhäsionsbarriere, um postoperative nVerwachsungen und Narbenbildung zu vermeiden, wurde ein dünner nFaserdurchmesser mit dünnen Maschen gewählt, sodass nur Nährstoffe das nFaservlies passieren konnten - jedoch keine Bindegewebszellen. Bei einemn Faserdurchmesser von einem Mikrometer und entsprechend weiteren Maschenn hingegen wachsen die Zellen in das Fasergeflecht ein, vermehren sich ndort und wirken regenerierend auf das umliegende Gewebe. "Durch nEinstellen der Materialeigenschaften wie Faserdurchmesser und nMaschenweite können wir das Verhalten der Zellen wunschgemäß nbeeinflussen", sagt Christ. Für das Verspinnen der Fasern werden die nerforderlichen Anlagen am Fraunhofer ISC anwendungsgerecht und nkundenspezifisch konstruiert. Auch die Form und Größe der Faservliese nlassen sich kundenspezifisch anpassen.
Im Gegensatz zur Membran, die direkt nach dem Aufbringen aufgrund nihrer offenmaschigen Natur einen Nährstofftransport, nicht aber einen nZelldurchtritt erlaubt, ermöglichen viele am Markt erhältliche Produkte neinen derartigen Stofftransport oft erst nach der Biodegradation, bzw. nnach beginnender Degradation. Eine schnelle und effektive Wundheilung nist aber nur möglich, wenn das verwundete Gewebe ausreichend mit nNährstoffen versorgt wird. Gleichzeitig müssen Stoffwechselprodukte nabtransportiert werden, was durch die offene Maschenstruktur der nKieselgelmembran gefördert wird.
Membran mit
anorganischem Charakter
nEin weiterer Vorteil: Die Renacer®-Membran löst sich nvollständig auf und zersetzt sich fast pH-neutral zu untoxischer nMonokieselsäure, die einzige wasserlösliche Form von Kieselsäuren. Sie nist nativ im Körper vorhanden und stimuliert nachweislich den nBindegewebsaufbau in der Haut und den Knochenaufbau. Über solche nEigenschaften verfügen bislang erhältliche Produkte nicht. Viele nbiodegradierbare Materialien lösen sich zu organischen Säuren, wie nMilchsäure oder Glykolsäure, auf. Dadurch können lokale Übersäuerungen nim Gewebe entstehen und diese dann entzündliche Reaktionen des nImmunsystems auslösen. "Unsere Tests haben gezeigt, dass auch das nAuflösungsprodukt, die Monokieselsäure, nicht toxisch und komplett nzellverträglich ist", so Ziemann. "Die Membran zersetzt sich zu einem neinzigen Molekül - der Monokieselsäure."
Fasern als Wirkstoffdepot
Darüber hinaus können Wirkstoffe in das Faservlies integriert werden,n die mit der Auflösung des Materials freigesetzt werden. "Während der nResorption könnte beispielsweise ein Antibiotikum auf eine Wunde im nKörper abgegeben werden, damit sich keine Bakterienherde bilden können",n erläutert Christ. Am Fraunhofer ISC wird im BMBF-geförderten Projekt "GlioGel" geprüft, ob sich die Renacer®-Materialplattform als Wirkstoffdepot zur Behandlung von Hirntumoren eignet.
Quelle: Fraunhofer Gesellschaft
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