Chitosan-basierte Implantate für die Regenerative Medizin

In den letzten Jahrzehnten gab es große Fortschritte in der Regenerativen Medizin, wie der Behandlung von schwerwiegenden Nervenverletzungen. Implantate, die als Gerüste für die Regeneration von Nervenzellen eingesetzt werden, sind oftmals aus biologisch abbaubaren Polymeren, wie Chitosan. Im Folgenden stellen wir eine Studie vor, die den Abbau und die Stabilität von röhrenförmigen Chitosan-basierten Implantaten untersucht hat.

Einfluss des mittleren Molekulargewichtes von Chitosan auf den Abbau und die Stabilität von röhrenförmigen Implantaten

Influence of chitosan average molecular weight on degradation and stability of electrodeposited conduits. K Nawrotek, M Tylman, A Adamus-Włodarczyk - Carbohydrate, 2020

Die Implantate sollen die Herstellung der extrazellulären Matrix durch Gewebezellen im Bereich der Verletzung unterstützen. Der Abbau von Chitosan Implantaten in vivo erfolgt durch Lysozyme, die das Chitosan in nicht-toxische Oligosaccharide zerlegen. Die Abbaurate wird durch das Molekulargewicht, den Deacetylierungsgrad und den Wassergehalt des Chitosan Implantates beeinflusst. Viele Studien zeigten bereits den positiven Effekt von Chitosan Implantaten auf die Regeneration von Nervenzellen. Die Autoren der Studie stellten röhrenförmige Hydrogele auf Basis von Chitosan her und untersuchten diese in Degradations- und Stabilitätsstudien. Für die Studie wurden die Chitosane 85/100, 85/500 und 85/1000 von Heppe Medical Chitosan eingesetzt.

Chitosan	85/100	85/500	85/1000
Deacetylierungsgrad [%]	82.6–87.5	82.6–87.5	82.6–87.5
Viskosität [mPas] 1% in 1% Essigsäure, 20°C	71-150	351-750	751-1250

Das mittlere Molekulargewicht der eingesetzten Chitosane wurde von den Forschern mittels Ubbelohde-Viskosimeter über die intrinsische Viskosität bestimmt. Die Implantate wurden mittels Galvanotechnik (elektrochemische Abscheidung) hergestellt. Die Chitosan wurden dafür zusammen mit Hydroxylapatit in einer Lösung aus Hyaluronsäure und Milchsäure gelöst. Durch den Einsatz der verschiedenen Chitosane, konnten röhrenförmige Implantate mit unterschiedlichen Wanddicken hergestellt werden. Die erhaltenen Implantate wurden in phosphatgepufferter Lösung (pH 7,4) mit oder ohne Lysozyme für bis zu 56 Tage bei 37°C inkubiert. Die chemischen, physikalischen und mechanischen Eigenschaften der Implantate wurden nach dieser Behandlung untersucht und bewertet. Außerdem wurde die in vitro Biokompatibilität der Implantate mit mHippoE-18 embryonale Hippocampuszellen und THP1-XBlue™ Monozyten untersucht.

Ergebnisse

• der Einsatz von Chitosanen mit unterschiedlichen Molekulargewichten ermöglichte die Herstellung von Implantaten mit unterschiedlichen Wanddicken
• ähnliches Abbauverhalten trotz anfänglich unterschiedlicher physiomechanischer Eigenschaften der Implantate
• Schnellerer Abbau der Chitosan Implantate in PBS mit Lysozym als ohne Lysozym
• Abbau der Chitosan Implantate in PBS mit Lysozym nach 21 Tagen
• in vitro Biokompatibiltät mit Hippocampuszellen und Monozyten bestätigt
• Keine Induktion von Entzündungsreaktionen bei Monozyten

Schlussfolgerung: Durch den Einsatz eines geeigneten Chitosans könnten die Eigenschaften von Implantaten zur Regeneration von peripheren Nervenverletzungen je nach Verletzungsgröße und Art individuell angepasst werden.

Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861720306585