Hydrogel

Stabilität, Herausforderungen und Perspektiven von Chitosan für die Delivery von Krebsmedikamenten und geweberegenerativen Wachstumsfaktoren

Rahman, M.H., Mondal, M.I.H., 2024. Stability, challenges, and prospects of chitosan for the delivery of anticancer drugs and tissue regenerative growth factors. Heliyon 10, e39879. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2024.e39879

Reviews und Artikel mit Chitosan im Jahr 2024

Nach bereits hohen Zahlen im Jahr 2023 wurden 2024 4025 Artikel, die sich mit Chitosan auseinandersetzen, veröffentlicht. Das sind 616 mehr als im Jahr davor. Diese Entwickelung zeigt, das Chitosan als vielseitig einsetzbares Biopolymer immer mehr Aufmerksamkeit bei Forschenden weltweit findet. Von den 4025 Suchergebnissen auf PubMed handelte es sich bei 247 um Reviews. Thematisch setzten sich eine die Übersichtsartikel mit den vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Chitosan auseinander.

Die meisten Reviews wurden im International Journal of Biological Macromolecules (86), Carbohydrate Polymers (30) und in Polymers (Basel) (9) veröffentlícht.
Thematisch standen die Anwendung von Chitosan als Nanopartikel (25 Reviews) und Drug Delivery Systeme (24 Artikel) im Vordergrund und ins besonders die Nutzung dieser als mögliche Krebstherapeutika (20 Artikel). Weitere Reviews befassten sich mit Chitosan-Hydrogelen (19 Reviews) und der Anwendung von Chitosan im Tissue Engineering (ebenfalls 19 Artikel).

Im Folgenden sollen drei Reviews zu unterschiedlichen Anwendungsbereichen vorgestellt werden:

Guo W, Ding X, Zhang H, Liu Z, Han Y, Wei Q, Okoro OV, Shavandi A, Nie L. Recent Advances of Chitosan-Based Hydrogels for Skin-Wound Dressings. Gels. 2024 Feb 29;10(3):175. doi: 10.3390/gels10030175.

Guo et al. stellen die Anwendung von Chitosan Hydrogelen zur Wundbehandlung und im Tissue Engineering vor. Es werden die Fortschritte in der Hydrogel-Technologie vorgestellt. Im Fokus stehen dabei die antibakteriellen, antioxidativen und hämostatischen Eigenschaften. Diese machen sie geeignet für die Behandlung von einer Vielzahl von Wunden, einschließlich entzündeter und diabetischer Wunden. Weiterhin wird chemische Modifikationen von Chitosan diskutiert, die den therapeutischen Nutzen von Chitosan-Hydrogelen weiter erhöhen sollen. Im Ausblick werden zukünftige Anwendungen von „smart-Hydrogels“ skizziert, die für eine gezielte Therapie und die Überwachung von Wunden eingesetzt werden sollen.

Atmaca H, Oguz F, Ilhan S. Chitosan in cancer therapy: a dual role as a therapeutic agent and drug delivery system. Z Naturforsch C J Biosci. 2024 Mar 14;79(5-6):95-105. doi: 10.1515/znc-2023-0148.

In dieser Review werden die Anwendung von Chitosan sowohl als Wirkstoff, als auch als Drug Delivery System in der Krebstherapie vorgestellt. Es werden verschiedene Chitosan-basierte-Nanopartikel, deren Modifikation, sowie ihr Einfluss auf die Effektivität und Zytotoxizität von klassischen Zytostatika wie Palitaxel und Doxorubicin diskutiert. Zudem werden auch die wirkungsverstärkenden und pro-apoptotischen Effekte von Chitosan beleuchtet, die es zu einem potenziellen Kandidaten in einer Kombinationstherapie macht.

Mascarenhas R, Hegde S, Manaktala N. Chitosan nanoparticle applications in dentistry: a sustainable biopolymer. Front Chem. 2024 Apr 10;12:1362482. doi: 10.3389/fchem.2024.1362482.

Mascarenhas et al. präsentieren in ihrem Reviewartikel die Synthese sowie die vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten von Chitosan-Nanopartikeln in der Zahnheilkunde. Aufgrund seiner geringen Zytotoxizität, hohen Biokompatibilität und ausgeprägten antimikrobiellen Wirkung eignet sich Chitosan für zahlreiche dentale Anwendungen. Besonders vielversprechend sind seine Einsatzmöglichkeiten in der Remineralisierung des Zahnschmelzes, in oralen Drug-Delivery-Systemen, in der Zahnhygiene, bei der Regeneration von Zahnnerven sowie als Beschichtung für Zahnimplantate, um deren Haltbarkeit und Verträglichkeit zu verbessern. Diese Eigenschaften machen Chitosan zu einem vielversprechenden Material für zukünftige Entwicklungen in der dentalen Medizin.

H. pylori Infektionen im Magen sind nur schwer zu bekämpfen aufgrund der Bildung von Antibiotikaresistenzen, Biofilmen und intrazellulären Infektionen. In der präsentierten Studie soll eine Hydrogelplattform auf Chitosan und Palmitinsäure-Basis genutzt werden als Alternative zu einer Antibiotika-basierten Therapie.

Brustkrebs ist die häufigste bei Frauen auftretende Krebsart. Um das Auftreten von Metastasen und das Wiederkehren von Tumoren zu verhindern, soll in der vorgestellten Studie ein Hydrogel Brustimplantat hergestellt werden, dass mit Cisplatin-Chitosan-Mikropartikeln beladen ist.

Tee oder Kaffee ist sicherlich eine Philosophiefrage. Was wird als Erstes nach dem Ankommen im Unternehmen getrunken? In allen Fällen geht es um einen guten Start in den Tag. Aber ist zu viel Koffein gut? Kann man da nicht auch etwas mit Chitosan machen? Wir haben uns umgeschaut und sind in Südkorea fündig geworden. Ein Neuartiger Teebeutel, der den Tee im Becher selbst entkoffeiniert. Verwendet wurde dafür ein Alginat-Chitosan Hydrogel.

Die Nachahmung von natürlichen Antriebssystemen ist eine große Herausforderung in der Robotik. Ein Ansatz dafür sind Polymerhydrogele die z.B. Chitosan enthalten und mittels Elektrospinning zu Fasern verspinnt werden können.

3D-Bioprinting kann die Behandlung von Wunden durch die Herstellung multifunktioneller, personalisierten Wundauflagen verbessern. In der hier vorgestellten Studie sollen darüber Hydrogelwundauflagen basierend auf Gelantine, Natrium Alginat, Dopamin und quaternisierten Chitosan mit effektiven antioxidativen, antibakteriellen und biokompatiblen Eigenschaften hergestellt werden.

Mehr als 5 Millionen Menschen weltweit sind von entzündlichen Darmerkrankungen betroffen. Um eine gute Behandlung zu ermöglichen, ist ein zielgerichteter und effizienter Wirkstofftransport notwendig. In der vorgestellten Studie wurde dafür ein Chitosan-basiertes, Vancomycin-beladenes Mikrogel untersucht.

Hydrogele können durch die Ausbildung eines 3D Netzwerkes vielseitig in der Biomedizin eingesetzt werden. In der hier präsentieren Studie wurde ein antibakterielles, adhäsives, selbstreparierendes Hydrogel aus Carboxymethylchitosan (CMC) und oligomeren Polycyanidin (OPC) hergestellt und der Einfluss des OPC-Gehaltes untersucht.

Grüner Star (Glaukom) ist eine Gruppe von Erkrankungen des Auges, bei der im fortgeschrittenen Stadium Sehnerv und Netzhaut geschädigt werden, was bis zur Erblindung führen kann. Verursacher ist unter anderem ein erhöhter Augeninnendruck. Wir stellen hier zwei Veröffentlichungen vor, die die Kombination von Chitosan und Curcumin für die Behandlung von Glaukom und Krebspatienten erforscht haben.

In den letzten Jahrzehnten gab es große Fortschritte in der Regenerativen Medizin, wie der Behandlung von schwerwiegenden Nervenverletzungen. Implantate, die als Gerüste für die Regeneration von Nervenzellen eingesetzt werden, sind oftmals aus biologisch abbaubaren Polymeren, wie Chitosan. Im Folgenden stellen wir eine Studie vor, die den Abbau und die Stabilität von röhrenförmigen Chitosan-basierten Implantaten untersucht hat.

Weltweit leben etwa 2,5 Millionen Menschen mit den Folgen einer Rückenmarksverletzung. An der verletzten Stelle bildet sich Narbengewebe aus Gliazellen, welches die Regeneration der Nervenzellen verhindern. Die vollständige funktionelle Wiederherstellung des Rückenmarks ist bis heute nicht möglich, auch weil die Kaskade von Ereignissen, die an der verletzten Stelle abläuft noch nicht vollständig verstanden ist.

Chitosan und Chitosan Derivate besitzen unterschiedlichste Eigenschaften aufgrund molekularer Parameter, wie Deacetylierungsgrad und Molekulargewicht. In diesem Artikel stellen wir Ihnen eine Veröffentlichung vor, die den Effekt dieser Parameter auf die blutstillende Wirkung von Chitosan untersucht hat. Ein weiteres Thema ist die Langzeitstabilität von Chitosan Hydrogelen nach ICH Richtlinien.

Funktionelle Beschichtungen sollen Implantate, wie zum Beispiel künstliche Herzklappen oder Koronarstents, widerstandsfähiger gegenüber verschiedenste Einflüsse im menschlichen Körper machen. Ein Problem ist die Bildung von Biofilmen auf der Implantatoberfläche, welche die Kommunikation mit der Umgebung einschränken und Entzündungsreaktionen auslösen können. Des Weiteren kann die Beschaffenheit des Implantatmaterials die Entstehung von Blutgerinnseln fördern und dadurch den Verschluss von Arterien verursachen.

Im April 2017 sind 252 Veröffentlichungen über Chitosan und Chitosan Derivate entstanden. Die wissenschaftliche Zeitschrift „International Journal of Biological Macromolecules” publizierte die meisten Chitosan-bezogenen Artikel (23), gefolgt vom „Colloids and Surfaces B: Biointerfaces“ (7) und „Carbohydrate Polymers“ (6). Forscher aus China (48 Artikel) führen wie immer die Top Liste der führenden Nationen in der Chitosan Forschung an. Deutschland kann jedoch mit 5 Publikationen im April auch unter den Top 10 gefunden werden.

Im Oktober 2016 wurden insgesamt 375 Publikationen, unter anderem durch führende Wissenschaftler aus China (99 Artikel), USA (31) und Indien (30) publiziert. Der Schwerpunkt der Chitosan-Forschung bezog sich auf Nanopartikel, pharmazeutische Präparate und Gewebe.

Für Chitosan Hydrogele gibt es zahlreiche Anwendungen. Chitosan-basierte Materialien können als Zellgerüste, Wundauflagen oder Knochenimplantate verwendet werden. Die zwei folgenden Studien beschäftigen sich mit Chitosan-Hydrogelen, der Veränderung ihrer Struktureigenschaften und dem Einsatz im Tiermodel.

Die Entwicklung der Chitosan-Forschung und -Anwendung schreitet stetig voran. Dies bestätigen auch die Zahlen der Veröffentlichungen des Jahres 2015. Es wurden über 2100 Artikel zum Thema Chitosan und Chitosan-Derivate publiziert. Vor allem die Forscher aus China (589), Indien (250) und den USA (214) sowie aus dem gesamteuropäischen Raum bilden den Kreis mit den meisten Veröffentlichungen.