CMC-haltige Hydrogele zur Reparatur von Hautverletzungen

Tiefergehende Hautverletzungen benötigen geeignete Wundauflagen um die Heilung zu fördern. In der vorgestellten Studie wurden CMC-haltige Hyaluronsäure-Dopamin Hydrogele synthetisiert, charakterisiert und in vivo auf ihre Wundheilungseigenschaften untersucht.

INJIZIERBARES MULTIFUNKTIONALES CMC/HA-DA-HYDROGEL ZU REPARATUR VON HAUTVERLETZUNGEN

Longlong Cui, Jiankang Li, Shuaimeng Guan, Kaixiang Zhang, Kun Zhang, Jingan Li, Injectable multifunctional CMC/HA-DA hydrogel for repairing skin injury, Materials Today Bio, Volume 14, 2022, 100257, ISSN 2590-0064, https://doi.org/10.1016/j.mtbio.2022.100257

Die Haut bietet dem Körper Schutz vor Keimen, dient als Sinnesorgan und hält die Homöostase aufrecht. Allerdings ist sie anfällig für Verletzungen von außen. Während kleinere Wunden schnell heilen, können tiefere Verletzungen, die alle Hautschichten betreffen, zu Infektionen und Narbenbildung führen. Dort sind geeignete Wundauflagen essentiell.

Injizierbare Hydrogele bieten dabei viele Vorteile gegenüber herkömmlichen Wundauflagen, wie z.B. Ausbildung einer 3D porösen Matrixstruktur, ein feuchtes Wundheilungsklima, ein hoher Wassergehalt, eine gute Biokomptabilität, anpassbare mechanische Eigenschaften und die Möglichkeit Wunden zu füllen. Allerdings hat der Großteil der Hydrogele nicht die für die Wundheilung idealen Eigenschaften. Dort spielen eine entzündungshemmende und blutstillende Wirkung, eine gute Adhäsion und antioxidative Eigenschaften eine wichtige Rolle.

Hyaluronsäure (HA) besitzt als Bestandteil der extrazellulären Matrix eine gute Biokomptabilität und fördert die Wundheilung. Allerdings weißt sie als Hydrogel nur eine schlechte Adhäsion auf. Um dies zu verbessern kann HA mit Dopamin (DA) gekoppelt werden. Dieses wird z.B. von Muscheln genutzt um sich an feuchte Oberflächen anzulagern. Ein anderer Bestandteil der für Hydrogele interessant ist, ist Carboxylmethylchitosan (CMC). Das Chitosanderivat weist im Vergleich zu Chitosan eine verbesserte Löslichkeit bei neutralen und basischen pH auf, besitzt aber ebenfalls eine blutstillende und entzündungshemmende Wirkung. Zudem fördert es wie Chitosan die Wundheilung und kann bei Heilung vom Körper abgebaut werden.

Aus diesem Grund wurden in der vorgestellten Studie multifunktionelle Hydrogele aus HA, DA und Carboxylmethylchitosan mittels enzymatischer Kopplung durch die Meerrettich- und Wasserstoffperoxidase synthetisiert. Um den Einfluss der Zusammensetzung des Hydrogels auf die Wundheilung zu untersuchen, wurden jeweils 2 %, 4 % und 6 % HA-DA mit 6 % CMC (CMC/HA-DA₁, CMC/HA-DA₂ und CMC/HA-DA₃) gekoppelt. Neben der Analyse physikalischer und chemischer Eigenschaften der Hydrogele, wurde die Zytotoxizität in vitro und die Heilung mehrschichtiger Wunden in vivo an einem Mausmodell untersucht.

ERGEBNISSE

• Nachweis einer erfolgreichen Kopplung von HA-DA über ¹H-NMR, UV-, und FTIR-Spektrum, sowie Ausbildung eines porösen 3D vernetzen Hydrogels mit CMC
• Positiver Effekt eines höheren HA-DA Gehaltes auf die Gelationszeit, mechanische Stärke, Abbaubarkeit, antioxidativen Eigenschaften und Adhäsion an organischen und anorganischen Oberflächen
• In vitro: über 80 % Überlebensraten von L929-Zellen und HaCaT-Zellen nach 24 und 72 h Inkubation, sowie Hämolyseraten zwischen 0,36 – 0,54 %
• Beste physikalische, chemische und biologische Eigenschaften mit CMC/HA-DA₃, allerdings CMC/HA-DA₂ für in vivo Versuche verwendet durch eine längere Gelierzeit
• In vivo: Wundheilungsraten von 55 % (Tag 3), 77 % (Tag 7) und nahezu 100 % nach 14 Tagen
• Verringere Konzentration von IL-6, IL-10, VEGF, MMP-9 Zellen, sowie erhöhte Expression des PCNA-Proteins im Vergleich zur Kontrollgruppe bestätigten die Entzündungshemmung und Angiogeneseförderung durch CMC/HA-DA₂

Zusammenfassung: In der vorgestellten Studie wurden erfolgreich multifunktionale Hydrogele mittels enzymatischer Synthese aus CMC und Dopamin gekoppelter Hyaluronsäure hergestellt. Neben der Bildung einer porösen 3D Matrix, konnten über den DA-HA Gehalt unter anderem die Gelierzeit, die adhäsiven und antioxidativen Eigenschaften als auch der Abbau angepasst werden. Zudem wiesen die Hydrogele in vitro geringe Zytotoxizitäten und nahezu keine Hämolyseeigenschaften auf. In vivo wurde eine deutlich verbesserte Wundheilung festgestellt. Insgesamt wiesen die CMC/HA-DA Hydrogele ein großes Potential zur Haut- und Geweberegeneration auf. Link zum Artikel: Injectable multifunctional CMC/HA-DA hydrogel for repairing skin injury - ScienceDirect