Wundversorgung mit Chitosan

Der Heilungsprozess einer Wundverletzung folgt den Schritten Blutgerinnung, Entzündung, Zellproliferation und Regeneration bis zum vollständigen Abheilen des beschädigten Gewebes. Bei chronischen Wunden ist der Ablauf dieser Schritte gestört, wodurch die Wunden für längere Zeit entzündet bleiben. In einer überalterten Gesellschaft mit ungesunden Gewohnheiten (schlechte Ernährung, wenig Bewegung) wird die Zahl an chronischen Wunden weiter zunehmen. Deshalb ist die Forschung an Materialien, die eine verbesserte Wundversorgung und damit Heilung ermöglichen von großer Bedeutung. Die im folgenden vorgestellten Veröffentlichungen beschäftigen sich mit der Erforschung von Chitosan-basierten Materialien zur Behandlung chronischer Wunden.

Effect of Different Crosslinking Strategies on Physical Properties and Biocompatibility of Freestanding Multilayer Films Made of Alginate and Chitosan

G. Apte, A. Repanas, C. Willems, A. Mujtaba, C. E. H. Schmelzer, A. Raichur, F. Syrowatka, T. Groth. Macromolecular Bioscience. 2019

Die Autoren stellten mittels Layer-by-Layer Verfahren (Substratschichtung) mehrschichtige Folien aus Chitosan und Alginat her, die als Wundauflagematerial eingesetzt werden könnten. Das Quellverhalten von Alginat könnte eine optimale Feuchtigkeitsversorgung der Wunde bieten, während Chitosan die Aggregation der Blutplättchen stimuliert. Für die Studie wurde Chitosan 85/500 (Deacetylierungsgrad [%]/Viskosität [mPas]) der Heppe Medical Chitosan GmbH eingesetzt. Untersucht wurden verschiedene Vernetzungsstrategie für Chitosan und Alginat, um die mechanischen Eigenschaften der Folie zu verbessern ohne die Biokompatibilität negativ zu beeinflussen. Dafür würden drei verschiedene Vernetzungsagenten eingesetzt:

• Calcium-Ionen zur Vernetzung von Alginat
• 1-Ethyl-3-(3-imethylaminopropyl)carboiimid (EDC) in Kombination mit N-Hydroxysuccinimid zur Vernetzung von Alginat mit Chitosan
• Genipin zur Vernetzung von Chitosan

Zur Charakterisierung der entstandenen Folien, wurden Oberflächenmorphologie, Benetzbarkeit, Quellverhalten, Rauheit und mechanische Eigenschaften bestimmt.

Ergebnisse

• Foliencharakteristika nach der Vernetzung:
  • Dünnere Folien
  • Rauere Oberflächen
  • Geringere Wasseraufnahme
  • Erhöhte mechanische Festigkeit (besonders für EDC-vernetzten Folien)
  • Benetzbarkeit war leicht verändert, in Abhängigkeit von der Vernetzungsmethode

Die mit Calciumionen vernetzten Alginat-Chitosan-Folien waren am dicksten, weichsten und hydrophilsten im Vergleich zu den anderen Vernetzungsstrategien.

Mit humanen dermalen Fibroblasten Zellen wurde die Biokompatibilität untersucht.

Ergebnisse

• Keine Toxizität nach 7 Tagen Inkubation der Zellen in Anwesenheit der Chitosan-Alginat Filme, die Vernetzungsmethode hatte keinen Einfluss
• Kein Wachstum der Fibroblasten Zellen direkt auf den Folien (geringe Adhäsion)

Zusammenfassung: Die Kombination von Alginat und Chitosan ist ein vielversprechendes Material für die Herstellung von Wundauflagen. In einem nächsten Schritt könnten die Freisetzung von wundheilungsfördernden Wachstumsfaktoren durch die Folien erforscht werden.

Quelle: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/mabi.201900181

Vancomycin-loaded chitosan aerogel particles for chronic wound applications

López-Iglesias C., Barros J., Ardao I., Monteiro F. J., Alvarez-Lorenzo C., Gómez-Amoza J. L., García-González C. A. Carbohydrate Polymers 204: 223-231, 2019, doi: 10.1016/j.carbpol.2018.10.012

In der zweiten Studie wurden Chitosan-basierte und mit dem Antibiotikum Vancomycin beladene Aerogel-Partikel zur Behandlung von infizierten Wunden getestet. Aerogele sind hochporöse, schwammartige Festkörper mit Porengrößen im Nanometerbereich und einer großen inneren Oberfläche.

Die Chitosan Partikel wurden im Sol-Gel-Verfahren unter Verwendung von Chitosan 90/1000 (Deacetylierungsgrad [%]/Viskosität [mPas]) hergestellt. Die morphologischen und strukturellen Charakteristika der Chitosan-Aerogel-Partikel wurden mittels N2-Adsorptions-Desorptions-Analyse und Rasterelektronenmikroskopie untersucht.

Ergebnisse

• Chitosan Aerogel Partikeln haben eine hohe Porösität (> 96%) und große Oberfläche (> 200 m2/g)
• hohes Aufnahmevermögen von Wasser und hohe Luftdurchlässigkeit
• Schnelle Freisetzung von Vancomycin durch die Chitosan-Partikel innerhalb der ersten Stunde, langsame Freisetzung bis zu 24 h lang
• Keine Inhibition des Enzyms Collagenase, somit keine Störung der Wundheilung
• Keine Toxizität gegenüber Fibroblastenzellen
• Antimikrobielle Wirksamkeit der Vancomycin-beladenen Aerogel-Partikel konnte gegenüber Staphylococcus aureus nachgewiesen werden

Zusammenfassung: Die Chitosan-basierten Vancomycin-beladenen Aerogel-Partikel wären eine Möglichkeit, Antibiotika lokal an der Wunde zu applizieren und eine optimale Wundversorgung zu erreichen. Der nächste Schritt wäre die Entwicklung einer Aerogel Formulation in Pulverform, welche direkt auf die Wunde aufgegeben werden kann und im Tiermodel erforscht werden könnte.

Quelle: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861718311883

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