August 2017 - Elektrogesponnene Chitosan-Nanofasern

Im August wurden 320 Artikel rund um Chitosan und Chitosan Derivate in verschiedenen Fachzeitschriften veröffentlicht(PubMed.gov). Dabei beschäftigen sich sieben spannende Artikel mit elektrogesponnenen Nanofasern aus Chitosan. Für die Herstellung von Nanofaserstrukturen für das Tissue Engineering ist Elektrospinnen eine einfache und kostengünstige Technologie. Elektrogesponnene non-woven Nanofasermatten sind hochporös und bieten eine große Oberfläche. Das biokompatible, bioabbaubare und bakteriostatische Chitosan ist perfekt geeignet für die Herstellung von Nanofasern und Anwendung als Scaffold Material.

Elektrogesponnene Fibronektin-beschichtete Chitosan-Nanofaser Scaffolds zur langfristigen Erhaltung der leberspezifischen Funktion von Hepatozyten.

Long-term liver-specific functions of hepatocytes in electrospun chitosan nanofiber scaffolds coated with fibronectin. Rajendran D., Hussain A., Yip D., Parekh D., Shrirao A., Cho C.H. Journal of biomedical materials research, August 2017, 105(8):2119-2128. doi: 10.1002/jbm.a.36072.

Die US Forscher verwendeten Nanofaser Scaffolds für die Entwickelung eines 3D Lebermodels für die Co-Kultivierung von Hepatozyten und Fibroblasten. Dafür wurden Chitosan-Nanofaser Scaffolds durch Elektrospinnen hergestellt und mit Fibronektin beschichtet. Verschiedene Zelltypen (primäre Hepatozyten von der Ratte, 3T3-J2 Fibroblasten, Humane hepatozelluläre Leberkarzinom Zellllinie (HepG2) und sinusförmige endotheliale Leberzellen (LSEC)) wurden auf Fibronektin-beschichteten und unbeschichteten 2D Chitosan-Matten getestet. Mittels Immunofluoreszenz Färbung und Bildanalyse Methoden wurde die Anlagerung und Ausbreitung der Zellen untersucht.

Zusätzlich wurden Hepatozyten Monokulturen und Co-Kulturen mit Fibroblasten auf kreisförmigen 3D Scaffolds ausgesät. Die Phenotypen der Zellen wurden charakterisiert und Zelladhäsion sowie leberspezifische Funktionen wurden überprüft.

Ergebnisse

• Elektrogesponnene Chitosan Scaffolds waren hochporös, mit einer durchschnittlichen Porengröße von 2,2±0,4 µm und einer Dicke von etwa 150 µm
• 2D/3D Scaffolds: Beschichtung mit Fibronektin verbesserte die Zelladhäsion und –ausbreitung (Polarisation des Actin-Zytoskeletts, höhere Vinculin Expression)
• Zellen migrierten in das Gerüst
• Einzelkultivierung von Hepatozyten führte zum Verlust ihrer spezifischen Morphologie und einer reduzierten Albuminfreisetzung
• Co-Kultivierung mit Fibroblasten bildete langlebige Hepatozytenkolonien
• Hohe CYP450 A1 Enzymaktivität für 3D Co-Kultur Systeme

Schlussfolgerung: Die Entwicklung einer gut ausdifferenzierten 3D Hepatozyten Co-Kultur als relativ stabiles Lebermodel war erfolgreich. Die Morphologie und Funktion der auf Fibronektin-beschichteten Chitosan Nanofasern co-kultivierten Hepatozyten blieb erhalten. Zukünftig könnte das 3D Lebermodel für das Screening und die Bewertung der Medikamentenaufnahme und -metabolisierung sehr nützlich sein.

Quelle: http://onlinelibrary.wiley.com/wol1/doi/10.1002/jbm.a.36072/full

Eine weitere Studie untersuchte den Einfluss des Materials und der Prozessparametern auf die Morphologie der elektrogesponnenen Chitosan Nanofasern.

Nanofaser-Morphologie von elektrogesponnenen Chitosan Nanoverbundstoffes verstärkt mit WS2 Nanoröhren

Nanofibrous morphology of electrospun chitosan nanocomposites reinforced with WS2 nanotubes: A design-of-experiments study. Baklavaridis, I. Zuburtikudis and C. Panayiotou. Journal of industrial textiles. 1-27. DOI: 10.1177/1528083717725114

Die Forscher kombinierten Chitosan Nanofasern mit Wolfram Disulfid anorganischen Nanotubes (INT-WS₂) und untersuchten den Einfluss der Lösungskonzentration, dynamischen Viskosität, Dichte, Oberflächenspannung, relative Dielektrizitätskonstante und elektrischer Leitfähigkeit auf die Morphologie der Matten. Des Weiteren wurden die Prozessparameter wie elektrisches Feld, Durchmesser und Winkel der Spinndüse, die Spinnentfernung und die Durchflussmenge betrachtet. In der Studie wurde für die Herstellung der elektrogesponnenen Chitosan Nanofaser-Verbundstoffes Chitosan (95/500)
von Heppe Medical Chitosan GmbH verwendet. Die morphologische Charakterisierung erfolgte mittels Rasterelektronenmikroskopie
und statistischer Analysen.

ERGEBNISSE

• Lösungskonzentration, elektrische Feldstärke und INT-WS₂ Beladung beeinflussten die Morphologie signifikant
• Aufgrund der Zugabe von INT-WS₂ werden mehr Beads innerhalb der Nanofaserstruktur gebildet
• Die Morphologie hängt von der Oberflächendichte der Beads,  des durchschnittlichen Bead zu Faser Durchmesser und der Faserdicke ab

Schlussfolgerung: Durch Abstimmung der Parameter des Elektrospinnens kann die nanofasrige Chitosan/INT-WS2 Morphologie gezielt beeinflusst werden.

Source: http://journals.sagepub.com/doi/10.1177/1528083717725114