Publikationen im November 2016 - Chitosan für die Geweberegeneration

Diesen Monat beschäftigen wir uns mit dem Einsatz von Chitosan für die Konstruktion von Hautgewebe. In 2016 wurden insgesamt 129 Artikel veröffentlicht die sich mit „Chitosan“ und „Tissue Engineering“ beschäftigt haben. Die meisten Veröffentlichungen kamen aus China (42 Artikel), Indien (14) und den USA (14).

Tabelle: Wissenschaftliche Zeitschriften mit den meisten Artikeln über Chitosan im Tissue Engineering im Jahr 2016. Quelle: www.gopubmed.org

Im Folgenden möchten wir ihnen ein Review vorstellen, welches sich mit verschiedenen Scaffolding Methoden und Biomaterialien, unter anderem Chitosan, beschäftigt.

Zukunftsperspektiven für Scaffolding Methoden und Biomaterialien in der Konstruktion von Hautgewebe

Future Prospects for Scaffolding Methods and Biomaterials in Skin Tissue Engineering: A Review. Chaudhari A. A., Vig K., Baganizi D. R. et al. International Journal of Molecular Science, 17 (2), November 2016. doi:10.3390/ijms17121974.

In der Konstruktion von Hautgewebe gibt es verschiedene Gerüsttypen mit unterschiedlichen Vor- und Nachteilen. Die Gerüsttypen können in Hydrogele, Mikrosphären, Verbundmaterialen, sowie zelluläre, poröse oder faserartige Gerüste eingeteilt werden. Das Review diskutiert die Anwendung von Polysaccharid-basierten Biomaterialen für die Herstellung von Hautgewebe. Die Behandlung von Verbrennungen und Wunden kann von den blutstillenden, antimikrobiellen und antimykotischen Eigenschaften von Chitosan profitieren. Das Polysaccharid Chitosan stimuliert die Proliferation bei Fibroblasten, das Wachstum von Blutgefäßen und die Zytokinfreisetzung durch Makrophagen. Außerdem unterstützt Chitosan eine narbenfreie Wundheilung durch Synthese von Kollagen und Hyaluronsäure im Wundbereich. Eine Studie zeigte, dass Chitosan-Nanofaser Gerüste verbesserte Eigenschaften im Vergleich zu 2D und 3D Schwämmen aus Chitosan besaßen. Es konnte eine verbesserte Adhäsion, Proliferation und Differenzierung von Fibroblasten, Keratinozyten und Endothelzellen, sowie eine erhöhte Vaskularisierung und Bildung von Granulationsgewebe bei Anwendung der Chitosan-Nanofaser Gerüste festgestellt werden.

Weitere genannte Beispiele für Chitin/Chitosan Zubereitungen mit positiver Wirkung auf die Wundheilung:

• Wasserlösliche Chitin-Wundsalben
• Phosphoryliertes Chitin/Chitosan
• Antimikrobielle Filme, Schwämme und Hydrogele mit Chitosan
• Chitosan Gittermembranen
• Chitosanfilme mit Antioxidantien oder Thymianöl
• Chitosan-Aloe Vera Membranen

Die Anwendung von Chitosan für Hydrogel-basierten Scaffolds hat großes Potential, aufgrund der Biokompatibilität und –Abbaubarkeit. Hydrogele können durch kovalente oder nicht-kovalente Vernetzung der Polymere gebildet werden. Wichtig dabei sind optimale Bedingung für die Zelladhäsion und eine geeignete Abbaurate für das Scaffold. Je nach Molekulargewicht und Deacetetylierungsgrad lässt sich diese einstellen.

Die folgenden Chitosan Hydrogele wurden für die Regeneration von dermalem und epidermalem Gewebe vorgestellt:

• Chitosan-Gelatin Hydrogele kombiniert mit Poly(lactic-co-glycolid) (PLGA) Nanofasern
• Poröse 3D Chitosan-Alginate Scaffolds in einem Polyethylenglycol-g-Chitosan Hydrogel –Doppelschichtumgebung für Fibroblasten und Keratinozyten

Desweiteren gibt es zahlreiche Chitosan-basierte Verbundmaterialien für mögliche therapeutische Anwendungen in der Wundheilung und Geweberegeneration:

• Chitosan Nanopartikel enthaltende Fibrin-Gele
• Cellulose-Chitosan Fasern als antiinfektiöses Verbandsmaterial (Chitosan verbessert die Biokompatibilität)
• Chitosan-Cellulose-Silber Nanopartikel Mischungen
• Chitosan-Gelatine schwammartige Mischungen
• Chitosan-Alginat Polyelektrolyt-Membran
• Wachstumsfaktoren enthaltende Chitosan-Gele
• Chitosan-Fibrin Nanoverbindungen

Polymer-Biokeramik Verbindungen als Scaffolds sind aufgrund ihres verbesserten Abbauverhaltens, sowie der erhöhten Steif- und Festigkeit von besonderem Interesse. Ein Beispiel ist Chitosan gemischt mit mesoporösem bioaktiven Glasfasern als Film, der für die Wiederherstellung von Haut eingesetzt werden könnte.

Schlussfolgerung: Es gibt zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten von Chitosan für die Hautgewebskonstruktion. Die vielen Vorteile von Chitosan, wie Biokompatibilität und antimikrobielle Wirkung, können so genutzt werden, um eine optimale 3D Umgebung für Zellwachstum, Proliferation und Differenzierung zu schaffen. Die Weiterentwicklung und Prüfung von Verbundmaterial-Gerüsten ist notwendig, um Anforderungen bezüglich schnellerer Zellproliferation/-differenzierung und verbesserter Vaskularisierung des Gewebes zu erfüllen.

Quelle: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27898014

Die Verfasser des Reviews, die Arbeitsgruppe für Nanobiotechnologische Forschung der Alabama State University, beschäftigt sich unter anderem mit der Entwicklung von Chitosan-PLGA Nanomaterialien zur Herstellung von antibakteriellen und entzündungshemmenden Formulationen. In den eigenen Forschungsprojekten untersuchen sie unter anderem welche Wirkung Chitosan-haltige Materialien auf Immunmacrophagen und Dentritische Zellen besitzen.

Weitere Veröffentlichungen der Universität Alabama:

Swapnil Bawage, Pooja Tiwari, Ankur Singh, Vida Dennis, Shree Singh. “Chitosan – PLGA Nanoparticles Inhibit Respiratory Syncytial Virus”. NanoBio Summit 2015, The University of Alabama at Birmingham, UAB Alumni House and the Abroms-Engel Institute for the Visual Arts, Birmingham, Alabama, October 15-16, 2015

Ankur K. Singh, Erdal Eroglu, Pooja Tiwari, Swapnil Bawage, Vida A. Dennis, Shree Ram Singh. “Chitosan-pHEMA Based RSV-F DNA Nano-Vaccine”. NanoBio Summit 2015, The University of Alabama at Birmingham, UAB Alumni House and the Abroms-Engel Institute for the Visual Arts, Birmingham, Alabama, October 15-16, 2015

Swapnil Bawage, Pooja Tiwari, Vida Dennis, Shree Singh. “Peptide RF482 Encapsulated Chitosan – PLGA Nanoparticles Inhibit Respiratory Syncytial Virus”. TechConnect World 2015 Joint Conferences, EXPOS AND Innovation Showcase, Nanotech, Microtech, Biotech, Cleantech, (NSTI) Washington, D.C., June 14-17, 2015