Publikationen im November und Dezember 2013

Das Jahr 2013 war ein hervorragendes Jahr für die Chitosan-Forschung, da ein neuer Höchstwert an Veröffentlichungen erreicht wurde. Über das Jahr verteilt wurden 1845 Artikel über Chitosan und Chitosan-Derivate veröffentlicht, welche sich überwiegend mit Tier- und Humanstudien, Nanopartikeln, pharmazeutischen Präparaten und Bewertungsstudien beschäftigten. Die führenden Wissenschaftler auf dem Gebiet der Chitosan-Forschung waren Rui L. Reis (Universität Minho, Portugal), Shantikumar V. Nair (Amrita Vishwa Vidyapeetham University, Indien) und Andreas Bernkop-Schnürch (Universität Innsbruck, Österreich).

Tabelle: Liste der wissenschaftlichen Fachzeitschriften, welche die höchste Anzahl an Chitosan bezogene Artikel im Jahr 2013 veröffentlichten.

Im November und Dezember wurden 281 Publikationen über Chitosane veröffentlicht. Zwei interessante Artikel von den Autoren R.L. Reis und S.V. Nair werden nachfolgend vorgestellt. Beide Veröffentlichungen beschäftigen sich mit der Züchtung von Knochengewebe und untersuchen neue Chitosan-modifizierten Rezepturen, um die Biokompatibilität und die mechanischen Eigenschaften der Gerüstsubstanzen zu verbessern.

Carboxymethylation of ulvan and chitosan and their use as polymeric components of bone cements.

Barros A.A., Alves A., Nunes C., Coimbra M.A., Pires R.A., Reis R.L.; Acta Biomater.  Vol.: 9(11):9086-97. November 2013

In der vorliegenden Studie sollten konventionelle Glasionomerzemente (GIC) durch den Einbau von natürlichen, marinen Polysacchariden wie Ulvan oder Chitosan verbessert werden. GICs könne durch chemische Reaktionen an die harte Zahnsubstanz, Knochen und Prothesenmaterialien binden. Sie setzen sich aus einem Pulver und einer flüssigen Komponente zusammen. Das GIC-Pulver besteht aus säurelöslichen, aluminiumfreien Glaspartikeln. Die flüssige Komponente wird aus Polyacrylsäure (PAA) und Weinsäure gebildet. Unter Vermischung der beiden Komponenten wird die Zementsubstanz gebildet. Da PAA zytotoxisch ist, sollte es in dieser Studie durch Chitosan und Ulvan ersetzt werden. Die beiden Polymere wurden zuvor carboxymethyliert, um ihren Säureanteil zu erhöhen.

Ergebnisse:

• Carboxymethylierungsgrad von Ulvan (98%; CMU) und Chitosan (87%; CMC)
• Carboxymethylierung durch steigendes Molekulargewichts von Ulvan und Chitosan belegt
• Verbesserte mechanische Eigenschaften des Zements durch CMC:CMU Einbau
  • Druckfestigkeit: 52 MPa
  • Porengröße < 67 um
  • Wasseraufnahme: 230%
• Nicht zytotoxisch
• Ca- und P-basierte Einheiten diffundieren von der Oberfläche in den Zement

Schlussfolgerung: Die mechanischen Eigenschaften von herkömmlichen GICs können durch carboxymethylierte Polysaccharide, die anstelle von PAA verwendet werden, deutlich verbessert werden. Die neue Zusammensetzung ist nicht zytotoxisch und weist ein höheres Absorptionsvermögen für Ca- und P-Reste auf, die in die Zementmasse diffundieren können. Knochenzementen, die mit carboxymethyliertem Chitosan und Ulvan versetzt werden, könnten auch für in vivo Studien geeignet sein.

Biocompatible conducting chitosan/polypyrrole-alginate composite scaffold for bone tissue engineering.

Sajesh K.M., Jayakumar R., Nair S.V., Chennazhi K.P.; International journal of biological macro-molecules.  Vol.: 62:465-71. November 2013

In dieser Studie wurde ein Polypyrrol-modifiziertes Gerüst für die Züchtung von Knochengewebe entwickelt. Polypyrrol (PPy) ist ein organisches Polymer und ein guter elektrischer Leiter. Da Knochengewebe auf äußere elektrische Reize reagiert, sollte durch die leitenden Eigenschaften von PPy die Knochengewebsregeneration verbessert werden.  
PPy wurde mit den Biopolymeren Chitosan und Alginat versetzt. Chitosan kann eine poröse Matrixstruktur ausbilden und sollte die mechanische Stabilität des Gerüsts steigern. Um die Adhäsion und Penetration von Zellen in die Matrix zu verbessern, wurde Alginat (Alg) zugesetzt.

Ergebnisse für Chitosan / PPy-Alg Gerüst:

• Stabile Gerüstbildung: 1 wt% PPy–Alg mit 3 wt% Chitosan
• Steigerung der Oberflächenleitfähigkeit
• Verminderte Porosität
• Quellfähigkeit steigert sich über 28 Tage
• Verminderter Abbau verglichen mit Chitosan-Gerüsten
• Verbesserung der Biokompatibilität und Zellhaftung
• Steigerung der Mineralabscheidung an dem Gerüst

Schlussfolgerung: Chitosan/PPy-Alg Gerüste verfügen über vorteilhafte physikalisch-chemische Eigenschaften, welche die Anhaftung und Verteilung von MG-63 Osteosarkomzellen fördern. Auf der Gerüstoberfläche bildete sich nach einer 14 tägigen Inkubationszeit eine einheitliche Apatit Schicht aus. Durch die erhöhte Biomineralisierung und biologische Aktivität des Gerüsts könnte der Einbau in die Implantationsstelle erleichtert und somit die Knochenregeneration beschleunigt werden.