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Chitosan und seine Derivate in der Biomedizin

Durch die Entwicklung der Nanotechnologie sind neue Anwendungen auf dem Gebiet der Biomedizin möglich. Chitosan und seine Derivate können dabei vielfältig verwendet werden, zum Beispiel um eine gezielte und verzögerte Wirkstofffreisetzung zu ermöglichen. In diesem Artikel stellen wir Ihnen ein Review vor, welches sich mit der aktuellen Forschung zur Anwendung von Chitosan und dessen Derivaten, insbesondere Carboxymethylchitosan (CMC), in der Biomedizin beschäftigt.

ANWENDUNGEN VON CHITOSAN UND SEINEN DERIVATEN IN DER BIOMEDIZIN

Chitosan Derivatives and Their Application in Biomedicine. Wenqian Wang, Qiuyu Meng, Qi Li, Jinbao Liu, Mo Zhou, Zheng Jin, Kai Zhao. International Journal of Molecular Sciences, 2020, 21(2), 487, https://doi.org/10.3390/ijms21020487.

Durch die stetige Verbesserung des Lebensstandards der Menschen fällt ein zunehmend größeres Augenmerk auf die Entwicklung der Gesundheits- und Medizintechnologie. In vergangenen Jahren wurden dort viele Polymerverbindungen aus natürlichen Quellen wie Stärke, Inulin und Chitin extrahiert. Anwendungen dieser liegen dabei unter anderem in der Biologie, Medizin, Schönheits- oder Pflegeindustrie. Die Verwendung von natürlichen Polymeren hat den Vorteil, dass es sich um nachwachsende sowie biologisch abbaubare Polymere handelt. Das aus Chitin gewonnene Chitosan sticht dabei besonders heraus, da es zusätzlich antivirale, antibakterielle und wundheilende Eigenschaften besitzt. Diese Eigenschaften können zusätzlich durch chemische Modifkationen wie z.B. die Derivatisierung mit Caboxylmethylgruppen verbessert werden.
Durch die Carboxylierung, insbesondere die Carboxymethylierung der C6-OH und C2-NH2 Gruppen kann Chitosan zu N,O-Carboxymethylchitosan (CMC) umgesetzt werden. Durch die hydrophilen Carboxymethylgruppen ist CMC, im Gegensatz zu Chitosan, in Wasser und alkalischen Lösungen löslich. CMC wird aufgrund seiner antibakteriellen, wundheilenden, lipidsenkenden, anti-arteriosklerotischen, anti-viralen, anti-tumor, anti-koagulatorischen und hypoglykämischen Effekte ebenfalls in der Biomedizin und Pharmazie verwendet.

ANWENDUNGEN VON CHITOSAN

  • Leber-spezifische Drug Delivery:
    Verwendung von Glycyrrhizinsäure-Chitosan-Nanopartikeln zur gezielten Freisetzung von Ferulasäure (antioxidatives Medikament gegen Leberkarzinome) in der Leber.
  • Nieren-spezifische Drug Delivery:
    Gezielte Wirkstofffreisetzung (von z. B. Prednison) mit kurzkettigem Chitosan (Molekulargewicht ca. 19 kDa).
  • Lungen-spezifische Drug Delivery:
    Folsäure-polyethylenglykol-chitosancopolymere haben als Nanopartikel, beladen mit Taxol, gute pharmakokinetische Eigenschaften in der Lunge gezeigt
  • Verwendung als Drug Delivery Vehikel: Chitosan kann in Form von Mikrosphären, Nanopartikeln und Hydrogelen verschiedene biologische Barrieren durchdringen. Es können Wirkstoffe gezielt zu Wirkungsorten befördert werden und über einen Zeitraum verzögert abgegeben werden.V
  • Verwendung als antibakterielles Material:
    Chitosan und seine Derivate werden als ungiftige antibakterielle Materialien in der Biomedizin verwendet.
  • Impfstoff-Adjuvans oder Vektor für mucosale Impfungen: 
    Mit Chitosan beschichtete PLGA Nanopartikel wurden als Vehikel für Plasmid DNA verwendet. Die beladenen Nanopartikel lösten stärkere Immunantworten aus als die DNA allein.

 

ANWENDUNGEN VON CMC

  • Verbesserung der Mucoadhäsion:
  • Hervorgerufen durch starke Wasserstoffbrückenbindungen und elektrostatische Wechselwirkungen. Verwendung mit Wirkstoffen zur Verbesserung der Mucoadhäsion und Wirkstofffreisetzung in oralen und respiratorischen Drug-Delivery-Systemen.
  • Verbesserung der pH-Sensitivität:
    In  Hydrogelen mit Polyethylenglykol (PEG-g-CMC). pH-abhängige, makroskopische Veränderungen innerhalb des Polymers ermöglichen die gezielte Wirkstofffreisetzung basierend auf den pH Wertänderungen über den Gastrointestinaltrakt.
  • Colon-spezifische Drug Delivery:
    Behandlung von chronischen Darmerkrankungen mit Gummi arabicum-O-CMC Mikrokapseln, die in der Lage sind, den oberen Gastrointestinaltrakt zu passieren. Durch die pH-Sensitivtät des CMC kann die Wirkstofffreisetzung und Bioverfügbarkeit im Darm erhöht werden.
  • Knochengewebekonstruktion:
    Verwendung von CMC als biokompatible Gerüstsubstanz bei der Knochentransplantation. CMC verbessert die Adhäsion und Proliferation der Zellen.
  • Vehikel für Gentherapie:
    Komplexierte O-CMC-Nanopartikel können als Vektoren für siRNA und RNA zur Behandlung von Brust- und Lungenkrebs eingesetzt werden. In vitro wurde gezeigt, dass O-CMC-Nanopartikel die Migration von Tumorzellen hemmen.
  • Impfstoff-Adjuvans oder Vektor für mucosale Impfungen
    Hervorrufen einer stärkeren Immunantwort in den Schleimhäuten mit CMC-Nanopartikeln

 

Schlussfolgerung: Chitosan und seine Derivate werden neben vielen anderen Anwendungen auch zur Herstellung medizinischer Materialien und in der Biomedizin verwendet. Zusätzlich dazu hat sich mit der Entwicklung von Nanomaterialien das Anwendungsfeld von Chitosan und seinen Derivaten erweitert. Diese Nanomaterialien werden im Rahmen der gezielten Wirkstofffreisetzung und Verstärkung von Impfstoffen erforscht. In in vitro Versuchen konnten bereits Verbesserungen der Immunantwort und Wirkstofffreisetzung gezeigt werden. Zukünftige Forschung kann die Eigenschaften von Chitosan Derivaten und deren Nanomaterialien weiter verbessern und deren Anwendung beim Menschen ermöglichen.
Quelle: https://www.mdpi.com/1422-0067/21/2/487

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Kongresse und Messen

Treffen Sie uns 2023 auf folgenden Messen:

  • EASO Winterschool 2023, Wittenberg, Deutschland, 15.02.-18.02.2023
  • EUCHIS 2023, Siglufjörður, Island, 11.-14.09.2023
  • EPNOE 2023, Graz, Österreich, 18.09.-22.09.2023
  • Asia Pacific Chitin and Chitosan Symposium 2023, Juju, Süd-Korea, 31.10.-03.11.2023

Zur Vereinbarung von Terminen, bitte kontaktieren Sie Frau Richter über sales(at)medical-chitosan.com

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News

  • Rückblick auf drei Tage des wissenschaftlichen Austausches bei der EUCHIS in Siglufjörður

    HMC war vom 11. bis zum 14. September auf der EUCHIS 2023 in Siglufjörður im Norden Islands vertreten. Falls Sie uns dort nicht treffen konnten, lesen Sie hier unsere Highlights der Konferenz oder besuchen Sie uns noch bis zum 22. September auf der EPNOE in Graz.

  • Abbaubare Körperelektroden aus carboxyliertem Chitosan und Sulfobetain-Methacrylat

    Tragbare Elektroden, über welche vielfältige Körperfunktionen gemessen werden, verursachen elektronischen Abfall und müssen im Fall von Implantaten aufwändig entfernt werden. In der präsentierten Studie wird ein vollständig zersetzbares Materialgemisch mit Chitosan vorgestellt, welches auch bei hoher körperlicher Belastung Bewegung und Schweiß standhält.

  • Weltneuheit Chitosan Molekulargewichtsstandards!

    Auf der EUCHIS 2023 stellt HMC zum ersten Mal Chitosan-Standards vor. ,,Wir sind stolz darauf, endlich einen zuverlässigen Standard für die Molekulargewichtsanalyse anbieten zu können", sagt Katja Richter, Geschäftsführerin von Heppe Medical Chitosan. Das bedeutet, dass Forscher und Kunden Chitosane nicht mehr mit anderen Substanzen wie Pullulan oder PEG/PEO für die Molekulargewichtsanalyse vergleichen müssen. Jetzt können zuverlässige Chitosane verwendet werden. Keine Näherungswerte. Kein Nachdenken darüber, ob es die richtigen, zuverlässigen Ergebnisse sind. Verlässliche Chitosane für exzellente Forschung und hervorragende pharmazeutische Produkte. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.

  • Aromatisches Derivat von Chitosan verbessert regenerative Eigenschaften

    Die antioxidativen, bakteriostatischen und antientzündlichen Eigenschaften von Chitosan sorgen dafür, dass es sehr gut für Anwendungen in der regenerativen Medizin wie Wundauflagen geeignet ist. In der präsentierten Studie wird ein über eine Schiffsche Base derivatisiertes Chitosan vorgestellt, welches diese Eigenschaften weiter verbessert.

  • Los geht’s mit der EUCHIS 2023!

    Nachdem unsere Chitosan-Krabbe die wunderschöne Landschaft Islands bereist hat, ist sie nun unterwegs Richtung Siglufjörður zur EUCHIS 2023. Wir freuen uns schon sehr darauf alle wiederzusehen und sind gespannt auf den wissenschaftlichen Austausch. Neben Chitosan und unserer Krabbe haben wir großartige Neuigkeiten im Gepäck. Seid gespannt!

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