Publikationen im Mai 2017 - Funktionelle Beschichtungen mit Chitosan

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.

Ziel der Forschung ist es deshalb, neue Beschichtungen zu entwickeln, um Implantate weiter zu verbessern. Chitosan ist dabei ein vielversprechender Kandidat, um Kurz- und Langzeitprobleme von Implantaten in Kontakt mit Blut zu bewältigen.

Im Mai 2017 wurden 284 Veröffentlichungen über Chitosan und Chitosan Derivate publiziert. In der wissenschaftlichen Zeitschrift „International Journal of Biological Macromolecules“ wurden die meisten Artikel veröffentlicht (10), gefolgt von „AAPS PharmaSciTech“ (6) und „Biosensors and Bioelectronics“ (3). Deutschland befindet sich für den Mai 2017 unter den Top 5 der Länder mit den meisten publizierten Chitosan-bezogenen Artikeln.

Tabelle: List der Länder, die im Mai 2017 die größte Anzahl an Chitosan-bezogenen Artikeln veröffentlicht haben. Quelle: www.gopubmed.org

Im Folgenden stellen wir zwei sehr interessante Studien vor, in denen Chitosan als Beschichtungsmaterial für Implantate angewendet wurde, um das „Biofouling“ und die Bildung von Blutgerinnsel zu verhindern.

Funktionalisierung von Chitosan Hydrogelen mit Polymerbürsten als Antifouling-Beschichtung für Implantate

Polymer Brush-Functionalized Chitosan Hydrogels as Antifouling Implant Coatings. Buzzacchera I., Vorobii M., Kostina N. Y. et al. Biomacromolecules. Epub Mai 2017.
doi: 10.1021/acs.biomac.7b00516

Der Einsatz von implantierbaren Sensoren zu Überwachung der Gesundheit wird Realität. Die Einbettung solcher Implantate in Chitosan Hydrogele, ermöglicht dabei die optimale Integration in das umgebende Gewebe. Eine immer noch ungelöste Problematik ist das Biofouling von Implantaten. Durch Ablagerung von Proteinen aus dem Blut oder interstitieller Flüssigkeiten auf der Implantat Oberfläche wird die Sensitivität der Sensoren negativ beeinflusst, da diese mit dem umgebenden Gewebe „kommunizieren“ müssen.

In dieser Studie wird eine Strategie zur Verbesserung der Anti-Fouling Eigenschaften von Hydrogelen durch Aufpfropfen von Polymerbürsten präsentiert. Polymerbürsten aus Oligo(ethylenglycol) methylether methacrylate (MeOEGMA) oder 2-Hydroxyethylmethacrylate (HEMA) wurden auf mit Chitosan (100 – 300 kDa, Deacetylierungsgrad ≥ 90%) beschichtete Silizium-Wafer aufgetragen. Die Funktionalisierung der Oberfläche erfolgte mittels „photoinduced single electron transfer living radical polymerization“. Durch Zugabe von Blutblättchen und Leukozyten wurde die Hämokompatibilität getestet.

Ergebnisse:

• Beschichtungen waren hydrophil
• Erreichte Schichtdicke: 180 nm (30 min Polymerisation)
• Reduziertes Protein Fouling
• Verhinderung der Plättchenaktivierung
• Inhibition der Adhäsion von Leukozyten.
• Poly(MeOEGMA) Bürsten erhöhten das Schwellverhalten des Chitosan Hydrogels
• Poly(HEMA) Bildung auch innerhalb des Chitosan Hydrogels

Schlussfolgerung: Die Autoren aus den Niederlanden, Deutschland und Tschechien konnten die Anti-Fouling Polymerbürsten erfolgreich auf die Chitosan Hydrogele aufbringen. Die Beschichtungen besaßen eine gleichmäßige Oberfläche und verhinderten die Aktivierung von Blutplättchen und Adhäsion von Leukozyten. Somit könnten neue und auch bereits existierende medizinische Implantate durch Beschichtungen mit Polymerbürsten verbessert werden.

Quelle: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.biomac.7b00516

Sulfoniertes Chitosan und Dopamin-basierte Beschichtungen für metallische Implantate in Kontakt mit Blut

Sulfonated chitosan and dopamine based coatings for metallic implants in contact with blood. Campelo C. S., Chevallier P., Vaz J. M., Vieira R. S. et al. Materials Science and Engineering C, 72 682-691, März 2017. doi: 10.1016/j.msec.2016.11.133

Die Forscher aus Kanada und Brasilien untersuchten die Eigenschaften einer Beschichtung von Edelstahl mit sulfoniertem Chitosan. Dabei wurde Dopamin und PEG als Anker für natives und sulfoniertes Chitosan verwendet. Damit ein implantiertes Gerät optimal mit dem Blut interagiert, ist es wichtig, dass die Materialoberfläche die Anhaftung von Blutplättchen reduziert und die Bildung von Gerinnseln verzögert. Außerdem sollte die Beschichtung den Kalzifizierungsprozess reduzieren.

Ergebnisse für eine Beschichtung mit sulfoniertem Chitosan im Vergleich zu nativem Chitosan:

• Rauere und hydrophilere Beschichtung
• Limitierte Blutplättchen Aktivierung
• Bildung von Gerinnseln wird inhibiert
• Nur minimale Kalzifizierung

Schlussfolgerung: Die Beschichtung mit sulfoniertem Chitosan besaß die erwünschten Eigenschaften. Somit hat diese Art von Beschichtung großes Potential die Interaktion von Implantaten mit umgebendem Blut zu verbessern.

Quelle: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28024638