Chitosan Forschung im Jahr 2018

Auch im Jahr 2018 haben viele Wissenschaftler auf der ganzen Welt fieberhaft mit Chitosan in verschiedensten Anwendungsbereichen geforscht. Mit dabei ist sehr oft Chitosan von bester Qualität produziert bei Heppe Medical Chitosan. Zum Jahresende möchten wir Ihnen deshalb Artikel vorstellen, in denen mit HMC Chitosan zur Entfernung von Medikamenten aus Gewässern und Bakterienabwehr geforscht wurde.

Insgesamt erschienen im Jahr 2018 bisher fast 3000 Artikel mit Forschung rund um Chitosan (pubmed, 11.12.2018).

Tabelle 1: Häufige Chitosan-bezogene Schlagwörter und Anzahl der veröffentlichten Artikel im Jahr 2018.

Im Folgenden stellen wir einige Artikel vor, die sich mit spannenden Fragen zu Anwendungen mit Chitosan beschäftigt haben:

Können Chitosan-basierte Hülsen eine bakterielle Besiedelung von Fixierungspins bei Implantaten verhindern?
Ermöglicht der Einsatz von Chitosan Nanopartikel eine effektivere Entfernung von pharmazeutischen Substanzen in Wasser?

Chitosan nanopartikel potentzieller Absorbant durch Emulsionsvernetztung für die Behandlung von Abwasser

A systematic approach of chitosan nanoparticle preparation via emulsion crosslinking as potential adsorbent in wastewater treatment. B. R. Riegger, B. Bäurera, A. Mirzayevaa, G. E. M. Tovarab, M. Bach. Carbohydr Polymers. 2018 Jan 15; 180:46-54. doi: 10.1016/j.carbpol.2017.10.002.

In unseren Gewässern und im Trinkwasser lassen sich etliche Arzneimittelrückstände, wie Schmerzmittel oder Antibiotika, nachweisen. Die Arzneimittel werden nach Einnahme durch den Körper nicht vollständig abgebaut und gelangen so in die Kanalisation. In der Kläranlage können die Rückstände bisher aber nur unzureichend entfernt werden. Für eine verbesserte Wasseraufbereitung wird an der Entwicklung von recycelbaren Adsorbersystemen für pharmazeutische Wirkstoffe geforscht. Ein vielversprechendes Material für ein solches System ist Chitosan als Adsorber für Metallionen sowie organische Verbindungen wie Farbstoffe oder pharmazeutische Verbindungen. Die Forscher aus Deutschland stellten Chitosan-Nanopartikel unter der Verwendung des Crosslinkers Glutaraldehyd her und untersuchten den Einfluss der Konzentration an Crosslinker, sowie das Molekulargewicht des Chitosans. Verwendet wurden Chitosane mit einem Deacetylierungsgrad von 95% und einer Viskosität von 5, 10, 20,500, 100 und 200 mPas (1% Chitosan in 1%iger Essigsäure) der Heppe Medical Chitosan GmbH. Die Chitosan-Nanopartikel wurden hinsichtlich der Adsorption von Diclofenac (DCL) und Carbamazepin (CBZ), welche zu den in Gewässern am häufigsten nachgewiesenen Arzneimittelrückständen gehören, getestet.

Ergebnisse:

• Entwicklung einer Emulsionsformulierung mit Cyclohexan als Ölphase, Span 80 als Tensid und NaCl als Hydrophil zur Erhöhung der Stabilität und Partikelausbeute
• Für eine optimale Vernetzung ist eine 1:1 Konzentration des Crosslinkers Glutaraldehyd zu primären Aminogruppen ausreichend
• Alle sechs Chitosane unterschiedlichen Molekulargewichts konnten für die Synthese der Nanopartikel eingesetzt werden
• Zunehmende Teilchengröße mit zunehmenden Molekulargewicht
• Adsorption von weniger als 20% CBZ durch Chitosan Nanopartikel
• Adsorption von 60% bzw. 25% DCL für niedermolekulares bzw. hochmolekulares Chitosan
• Adsorptionskapazität von 351,8 mg/g DLC für niedermolekulare Chitosan-Nanopartikel

Schlussfolgerung: Den Autoren gelang es reproduzierbar mit Glutaraldehyd quervernetzte Chitosan-Nanopartikel unterschiedlichen Molekulargewichts herzustellen. Die Nanopartikel zeigten, besonders mit Chitosan niedrigeren Molekulargewichts, ein gutes Adsorptionsverhalten gegenüber Diclofenac.

Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861717311487

Anwendung Silber und Chlorhexidin beladener Chitosan- basierter Hülsen in einem perkutanen Kaninchen-Tibia-Modell bei wiederholter bakterieller Belastung

Chitosan-based sleeves loaded with silver and chlorhexidine in a percutaneous rabbit tibia model with a repeated bacterial challenge. Shao J., Wang B., Bartels C. J. M., Bronkhorst E. M., Jansen J. A., Walboomers X. F., Yang F. Acta Biomaterialia. 2018 Dec; 82:102-110. doi: 10.1016/j.actbio.2018.10.021.

In der Orthopädie werden externe Fixierungen unter anderem zur Behandlung von offenen Frakturen und Osteomyelitis eingesetzt. Ein großes Problem ist das hohe Risiko für eine Infektion des Einstichkanals, welches mit bis zu 50% deutlich höher ist als bei permanenten Implantaten wie zum Beispiel bei einer Gelenkprothesen. Für eine effektive Behandlung der Infektion muss eine hohe Dosis an Antibiotika eingesetzt werden, was zu Organschäden sowie Antibiotika Resistenzen führen kann. Um dies zu vermeiden, wird intensiv an der Entwicklung von perkutanen Schutzbarrieren und antibakteriellen Beschichtungen der Fixierungspins geforscht.

Die Autoren dieser Studie entwickelten ein passendes Tiermodel, welches der klinischen Situation beim Einsatz von Fixatoren möglichst nahekommt und testen daran die Wirksamkeit von Silber und Chlorhexidin beladenen, elektrogesponnenen Chitosan-Hülsen. Dafür wurden 32 Kaninchen mit Chitosan-Hülsen umwickelte Stifte aus Titan in das Schienbein implantiert. Für die Herstellung der Hülsen wurde Chitosan 90/500 (Deacetylierungsgrad [%]/ Viskosität (1% Chitosan in 1%iger Essigsäure [mPa·s]) der Heppe Medical Chitosan GmbH eingesetzt. Die drei Versuchsgruppen erhielten unbeladene, mit Silber oder Silber und Chlorhexidin beladene Hülsen. Zwei Wochen nach Implantation, wurde zur Simulation bakterieller Belastung wöchentlich eine Staphylococcus aureus-Suspension (1 × 10⁶ CFU) in die Austrittsstelle der Pins injiziert. Zusätzlich wurde der Infektionsstatus der Wunde untersucht. Die Versuchstiere wurden sechs Wochen später zur Untersuchung der Bakterienbesiedelung eingeschläfert. Die Bakteriendichte im Einstichkanal wurde quantifiziert, die Bakterien am Implantat identifiziert mittels MALDI-TOF und histologische Analysen wurden durchgeführt.

Ergebnisse

• 100%ige bakterielle Infektion der Einstichkanäle
• Die Silber-beladenen Hülsen reduzierten signifikant die Bakteriendichte und Entzündung
• Der zusätzliche Einsatz von Chlorhexidin zum Silber erzielte keine weitere Verbesserung der antibakteriellen Wirkung

Schlussfolgerung: Die Chitosan-basierten und mit Silber beladenen Hülsen sind eine vielversprechende Methode um die antibakterielle Besiedelung von externen Fixierungspins von Implantaten zu inhibieren. Dadurch könnte eine Infektion der Wunde verhindert werden oder zumindest die zur Behandlung notwendige Antibiotika Dosis reduzieren.

Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1742706118306202?via%3Dihub