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Unterstützung der Regeneration von Nervenzellen mit Chitosan

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-basiertes Hydrogel zur Unterstützung der parakrinen Aktivität von mesenchymalen Stammzellen zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen

Chitosan-based hydrogel to support the paracrine activity of mesenchymal stem cells in spinal cord injury treatment. M. Boido, M. Ghibaudi, P. Gentile, E. Favaro, R. Fusaro, C. Tonda-Turo. Scientific Reports, volume 9, Article number: 6402 (2019)

Die Behandlungsmethoden an denen derzeit intensiv geforscht wird, basieren auf porösen 3D Gerüsten, die die verletzte Stelle „überbrücken“ und lokal Medikamente, Signalmoleküle oder Zellen freisetzen. In der bei Nature Scientific Reports veröffentlichten Studie entwickelten Forscher aus Italien und Großbritannien Chitosan basierte Hydrogele mit eingekapselten mesenchymale Stammzellen (MSCs). In vorherigen Studien konnte bereits gezeigt werden, dass die parakrine Wirkung der MSCs die Regeneration einer Rückenmarksverletztung verbessert, die Bildung von Gliazellen eingeschränkt und den Zelltod an der verletzten Stelle reduziert. Der Einsatz von Hydrogelen als Gerüst verbessert die Überlebenschancen der transplantierten Zellen, da diese verkapselt werden und ihre Signalmoleküle lokal an der Stelle der Verletzung freisetzten.

Hergestellt wurde ein injizierbares und hochpermeables Hydrogel auf Basis von Chitosan, welches bei einem Temperaturanstieg von 0 auf 37°C sprunghaft geliert. Die Forscher verwendeten Chitosan 95/100 (Deacetylierungsgrad [%] / Viskosität [mPas]) von Heppe Medical Chitosan GmbH. Als Geliermittel wurde Dinatrium-β-gylcerophosphat (β-GP) eingesetzt. Die finale Konzentration an Chitosan/β-GP betrug 2,5% (w/V) und einen pH von 7,11±0,03. Die MSCs wurden kurz vor der Gelierung mit dem Chitosan-Hydrogel vermischt. Getestet wurden die Gelbildungszeit, Morphology, Injizierbarkeit, Stabilität und Permeabilität des Hydrogels. Die mesenchymalen Stammzellen wurden aus zwei Monate männlichen Mäusen isoliert und ihre Lebensfähigkeit in Gegenwart der Hydrogele untersucht. In einer in vivo Machbarkeitsstudie wurde 3 Mäusen das Rückenmark durchtrennt und das Chitosan/β-GP Hydrogel mit MSCs direkt anschließend in die Läsion injiziert. Eine Woche nach der Injektion wurde das Gewebe untersucht.

Ergebnisse

  • Das Chitosan Hydrogel hatte keinen negativen Effekt auf die Viabilität der MSCs
  • Die eingekapselten MSCs setzten extrazelluläre Vesikel mit Signalmolekülen frei
  • Die parakrine Wirkung und der anti-oxidative Effekt der MSCs blieb erhalten
  • Der in vivo Versuch an Mäusen mit Rückenmarksverletzungen zeigte
    • die gute Handhabbarkeit des MSCs-beladenen Chitosan Hydrogel bei der Implantation
    • eine hohe Überlebensrate der verkapselten MSCs

Schlussfolgerung: Der Einsatz von Biomaterialien als Gerüst für die Stammzelltherapie ist eine vielversprechende Strategie um medizinische Problematiken wie die Behandlung von Rückenmarksverletzungen zu lösen. Die Chitosan Hydrogele sind biokompatibel, leicht zu verarbeiten und bieten ein optimales physiologisches Umfeld für Zellen, wodurch sie großes Potential als Substrat für MSC basierte Therapien bieten. Die parakrine Wirkung der MSCs könnte auch zur Behandlung weiterer Erkrankungen des Nervensystems genutzt werden.

Im zweiten Artikel untersuchten Forscher aus Polen und Frankreich ebenfalls ob eine funktionelle Wiederherstellung nach einer Rückenmarksverletzung in Ratten durch Einsatz eines Chitosan Lactat-basierten Hydrogels möglich ist.

Thermogelbildes Chitosan Lactat Hydrogel verbessert die funktionelle Wiederherstellung nach einer C2 Rückenmarksverletzung in Ratten

Thermogelling chitosan lactate hydrogel improves functional recovery after a C2 spinal cord hemisection in rat. K. Nawrotek, T. Marqueste, Z. Modrzejewska, R. Zarzycki, A. Rusak, P. Decherchi. J Biomed Mater Res A. 2017 Jul; 105 (7):2004-2019. doi: 10.1002/jbm.a.36067. Epub 2017 Apr 12.

In der Studie wurde ein quervernetztes Hydrogel aus Chitosan (Deacetylierungsgrad 80%; Sigma-Aldrich) und Milchsäure hergestellt, welches bei Temperaturen ab 37°C geliert. Dabei ermöglichte die poröse Struktur des Hydrogels das Einwachsen von Glia- und Nervenzellen In vitro wurde mit Fibroblastenzellen die Toxizität des Chitosan Lactat-Hydrogels geprüft. Außerdem wurde das Hydrogel bei Ratten implantiert, welche einer C2 Rückenmarksverletzung unterzogen wurden. Die Tiere wurden in drei Versuchsgruppen (Kontrolle (N=6), Läsion (n=7), Läsion + Hydrogel (n=13)) eingeteilt und über einen Zeitraum von 10 Wochen einmal wöchentlich anhand verschiedenster Funktionstests untersucht. Durchgeführt wurde ein Lauftest auf einer Leiter, ein Greiftest und Ganzkörperplethysmographie zur Prüfung der Lungen- und Atemparametern. Des Weiteren wurden 10 Wochen nach der Operation neurophysiologische Veränderungen anhand von elektrophysiologischen Untersuchungen (Hoffmann-Reflex) und der Anpassung der Atmung bei vorrübergehender Hypoxie untersucht.

Ergebnisse:

  • in vitro: keine Toxizität des Chitosan Lactat-Hydrogels gegenüber Fibroblastenzellen
  • in vivo: Tiere mit Chitosan Lactat Hydrogel Implantat im Vergleich zu Tieren ohne Implantat
  • Leiter-Kletter-Test: bessere Beweglichkeit der Vordergliedmaßen nach 4 Wochen
  • Hoffmann-Reflex: Wiederherstellung des H-Reflexes
  • Bessere Lungenventilation nach elektrisch ausgelöster Muskelermüdung
  • Zunahme der Aktivität des N. phrenicus bei Hypoxie

Schlussfolgerung: Die Ergebnisse der Studie sprechen dafür, dass der Einsatz von Chitosan Lactat-basierten Hydrogelen zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen die funktionale Wiederherstellung des zentralen Nervensystems verbessert.

Möchten Sie ebenfalls Chitosan-basierte Hydrogele herstellen und erforschen? Unsere Chitosane mit verschiedensten Spezifikationen finden Sie hier.

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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

Kontakt

  • Heppe Medical Chitosan GmbH
    Heinrich-Damerow-Straße 1
    D-06120 Halle (Saale)
  • Tel.: +49 (0) 345 27 996 300
    Fax: +49 (0) 345 27 996 378
  • Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.

News

  • Mikrofluidik als Plattformtechnologie für die Herstellung von Chitosan Nanopartikeln

    Die Herstellung von Chitosan-basierten Nanopartikeln mittels ionotropher Gelierung führt häufig zu einer hohen Batch-zu-Batch Variabilität sowie in einer geringen Reproduzierbarkeit. Eine mögliche Lösung dafür könnte ein kontrolliertes Mischen im mikrofluidischen Maßstab sein. In der hier präsentierten Studie sollen Chitosan-Tripolyphosphat-Nanopartikel mit siRNA, mRNA und β-Galactosidase als Cargo mittel Mikrofluidik hergestellt werden.

  • Chitosan in Polymer-basierten Nanopartikeln zum Wirkstofftransport ins Auge

    Augenerkrankungen sind durch natürliche Faktoren wie der Blut-Augen-Barriere, Hornhaut oder dem Tränenfilm schwer zu behandeln. Helfen können dort polymerbasierte Nanopartikel u.a. aus Chitosan um den Wirkstofftransport zu verbessern. In diesem Artikel wollen wir Ihnen ein Review zu diesem Thema zusammenfassen.

  • Presseinformation mRNA-Wirkstoffe: Geschützt zur optimalen Wirkung

    Berlin, Halle, 16.03.2023: Seit Januar dieses Jahres wird im Projekt „Zielwirk“ eine neue Chitosan-Technologie zur effizienten Freisetzung von mRNA-Wirkstoffen entwickelt. Die Technologie soll dafür sorgen, dass Medikamente zur Behandlung schwerer Krankheiten besser vom Körper aufgenommen sowie verarbeitet werden können. Die beteiligten Projektpartner Heppe Medical Chitosan GmbH, FDX Fluid Dynamix GmbH, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg sowie das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) werden dabei vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über drei Jahre mit sechs Millionen Euro gefördert.

  • Katja Richter im wissenschaftlichen Komitee der EUCHIS Konferenz 2023

    Wir freuen uns sehr zu verkünden, dass Katja Richter, CEO der Heppe Medical Chitosan GmbH, in das wissenschaftliche Komitee der EUCHIS 2023 berufen wurde. Die EUCHIS 2023, die internationale Konferenz der Europäischen Chitin-Gesellschaft (EUCHIS 2023) und die 15. Internationale Konferenz über Chitin und Chitosan (15. ICCC) wird vom 11. bis 14. September 2023 in Siglufjörður, Island, stattfinden.

  • HMC bei der ESAO Winterschool 2023 in Lutherstadt Wittenberg

    Vom 15.02. bis 18.02.2023 findet in Lutherstadt Wittenberg die ESAO Winterschool 2023 statt. Organisiert wird die Winterschool vom Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) sowie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Neben Experten und Expertinnen aus der Wissenschaft, werden wir, die Heppe Medical Chitosan GmbH, ebenfalls vertreten sein.

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