Chitosanbasierte Mehrschichtfolien als Wundauflagen

Chronische Wunden stellen eine große Belastung für die Lebensqualität der Betroffenen dar. Um deren Situation verbessern wurden in der präsentierten Studie Mehrschichtfolien aus Chitosan, Alginat und den Fibroblastenwachstumsfaktor FGF2 hergestellt und deren Potential als Wundauflagen untersucht.

FREISTEHENDE MEHRSCHICHTFOLIEN ALS WACHSTUMSFAKTOR-RESERVOIR FÜR ZUKÜNFTIGE ANWENDUNGEN VON WUNDAUFLAGEN

Adrian Hautmann, Devaki Kedilaya, Sanja Stojanović, Milena Radenković, Christian K. Marx, Stevo Najman, Markus Pietzsch, João F. Mano, Thomas Groth, Free-standing multilayer films as growth factor reservoirs for future wound dressing applications, Biomaterials Advances, Volume 142, 2022, 213166, ISSN 2772-9508, https://doi.org/10.1016/j.bioadv.2022.213166.

Chronische Wunden stellen insbesondere im Anbetracht der alternden Bevölkerung ein großes Problem für das Gesundheitssystem dar und vermindern stark die Lebensqualität der Betroffenen. Sie entstehen, wenn der Heilungsprozess z.B. durch chronische Erkrankungen wie Diabetes gestört ist. Oft kommt es in dem Bereich zu einer Zerstörung der extrazellulären Matrix, hohe Mengen an reaktiver Sauerstoffspezies, fehlende Durchlüftung und bakterielle Infektionen.

Um das zu vermeiden und die Wundheilung zu fördern, sind geeignete Wundauflagen notwendig. Optimale Eigenschaften sind dabei, dass sie nicht-toxisch sind, ein feuchtes Wundheilungsklima bewahren aber gleichzeitig ein guter Gasaustausch ermöglicht wird, und die Wunde vor bakteriellen Infektionen geschützt ist. Zudem hatten Studien gezeigt, dass die Zugabe von Wachstumsfaktoren wie z.B. der Fibroblasten-Wachstumsfaktor FGF2 einen positiven Einfluss auf die Wundheilung haben. Bisherige Ansätze hatten sich dort auf einlagige Wundauflagen bezogen, die limitiert sind in dem Zusatz weiterer heilungsförderten Substanzen.

Aus dem Grund wurde in der hier präsentierten Studie ein mehrschichtiger, freistehender Film (FSF) mit der Layer-by-Layer Technik hergestellt. Diese basiert auf der Verwendung zweier gegensätzlich geladener Polyelektrolyten, in dem Fall das positive Chitosan und das negativ geladene Alginat. Chitosan hat die Eigenschaften antibakteriell, anti-inflammatorisch und hämostatisch zu sein. Verwendet wurde in dieser Studie Chitosan mit einer Viskosität von 500 mPas und einem DDA von 85 % der Heppe Medical Chitosan GmbH (85/500). Alginat dagegen kann Körperflüssigkeiten absorbieren und Wasser aufnehmen. In dieser Studie werden die Wundauflagen über Crosslinking von 1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carbodiamid (ECD) mit N-Hydroxysuccinimid (NHS) oder Genipin funktionalisiert und mit FGF2 beladen. Anschließend werden die hergestellten FSF physikalisch charakterisiert und das Fibroblasten Wachstum und Migration in vitro getestet. Zudem wurde die in vivo Biokompabilität der FSF als Wundauflagen an einem Mausmodell untersucht.

ERGEBNISSE

• Erfolgreiche Herstellung von 100 Lagen und ca. 450 μm dicken, ablösbaren, freistehenden Filmen, die mit ECD/NHS (E-FSF) oder Genipin (G-FSF) funktionalisiert sind
• Charakterisierung des Schwellverhaltens, der Sauerstoffdurchlässigkeit und des Crosslinking Grades zeigten ein reduziertes Anschwellen und eine gute Sauerstoffpermeabilität
• Nachhaltige Freisetzung von FGF2 für E-FSF und G-FSF
• In vitro: verbessertes Wachstum und Migration von Fibroblasten für Filme mit und ohne Quervernetzung von FGF2, allerdings insbesondere bei G-FSF
• In vivo: in Anwesenheit von E-FSF kommt es zu einer Entzündungsreaktion die nicht bei G-FSF beobachtet wurde
• Filme mit nicht-quervernetzten FGF2 zeigten ebenfalls eine gute Biokomptabilität, allerdings wird da FGF2 schnell abgebaut
• Alle FGF2-haltigen Filme zeigten gute antibakterielle Eigenschaften gegenüber gram+ und gram- Bakterien

Zusammenfassung: In der präsentierten Studie wurden erfolgreich FSF aus Chitosan und Alginat mittels Layer-by-Layer Technik hergestellt. Insbesonders G-FSF zeigte großes Potential als Resorvoir für eine nachhaltige Freisetzung von FGF2. Die erzeugten Filme zeigten zudem eine gute Biokompabilität und antibakterielle Eigenschaften in vitro und in vivo. Durch die Stimulation des Fibroblasten Wachstums und der Migration sind die erzeugten FSF interessante Kandidaten für eine bioaktive Wundbehandlung.

Link zum Artikel: Free-standing multilayer films as growth factor reservoirs for future wound dressing applications - ScienceDirect