Chitosan-Aerogel zur Knochenregeneration

Knochengewebsregeneration durch künstliche Gerüste an denen Knochenzellen, wie Osteoblasten, wachsen können, ist ein relativ neuer Ansatz um Knochenbrüche oder die Zersetzung von Knochen durch Krankheiten zu reparieren. In der vorgestellten Studie wird eine einfache Methode präsentiert mit der Aerogele aus Chitosan hergestellt werden können. Diese könnten als Gerüste für Knochenzellen geeignet sein.

Herstellung von Chitosan-Aerogel in Ethanol ohne Quervernetzer als Gerüst für knochenbildende Zellen

Milica Pantić, Uroš Maver, Jan Rožanc, Boštjan Vihar, Darija Cör Andrejč, Željko Knez, Zoran Novak, Evaluation of ethanol-induced chitosan aerogels with human osteoblast cells, International Journal of Biological Macromolecules, Volume 253, Part 2, 2023, 126694, ISSN 0141-8130, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.126694.

Aerogele sind hochporöse Festkörper, die aufgrund ihrer hohen Stabilität bei geringem Gewicht und hervorragenden Dämmungseigenschaften in verschiedenen Bereichen, von Bauwesen bis Raumfahrt, Verwendung finden. Bei künstlichen Geweben können Aerogele als Gerüste dienen. Die Poren bieten genug Platz für das Wachstum der Zellen, während die mechanisch stabilen Aerogele vorübergehend als Knochenersatz dienen. Sind die Knochenzellen ausreichend nachgewachsen, zersetzt sich das Gerüst. Durch die gute Bioabbaubarkeit von Chitosan ist es besonders interessant für solche Anwendungen. Allerdings werden für die Herstellung von Chitosan Aerogelen meist hochtoxische Quervernetzer verwendet. Die Verwendung von weniger schädliche Alternativen führt oft zu einer schlechteren Bioabbaubarkeit von Chitosan, die essentiell für die Geweberegeneration ist.

Üblicherweise werden Aerogele durch Herstellung eines Gels in wässrigem Medium und anschließende Trocknung produziert. Da das Verdampfen der Flüssigkeit jedoch die hochporöse Struktur beschädigen könnte, wird meist die überkritische Trocknung mit Kohlenstoffdioxid gewählt. Dafür muss aber zunächst das Wasser zeitaufwendig durch ein Lösungsmittel, in dem sich Kohlenstoffdioxid löst, ausgetauscht werden.

In der hier präsentierten Studie soll ein Chitosan Aerogel in Ethanol als Gerüst für Knochenregeneration hergestellt werden. Die Herstellung des Gels in Ethanol macht sowohl die Verwendung von toxischen Quervernetzern als auch den aufwendigen Austausch des Lösungsmittels überflüssig. Verwendet wurde hier ein Chitosan mit einem Deacetylierungsgrad von ≥ 75 % und einem Molekulargewicht von 190 bis 310 kDa. Ähnliche Produkte finden Sie in unserem Online-Shop.

Ergebnisse

• für Aerogele typische hohe Stabilität
• leicht wachstumsfördernd für knochenbildende Zellen (Osteoblasten) in vitro
• bei der Untersuchung des in vitro Abbaus relativ langsamer Abbau des Aerogels
• Porendurchmesser etwas kleiner als für Zellwachstum optimale Größe
• günstige, zeitsparende und ungefährliche Methode zur Herstellung von Chitosan-Aerogelen

Schlussfolgerung: Chitosan-Aerogele, die in Ethanol gebildet werden, könnten für die Knochenregeneration geeignet sein, auch wenn die Porengröße noch optimiert werden muss.

Link zum Artikel: Evaluation of ethanol-induced chitosan aerogels with human osteoblast cells - ScienceDirect