Gewebekleber aus Biopolymeren für medizinische Anwendungen

Laufzeit: 10/2012 - 03/2015

Ziele des Vorhabens waren die Weiterentwicklung eines neuartigen Gewebeklebers auf Kollagen- und Natriumhyaluronatbasis für eine Anwendung in der regenerativen Medizin bzw. Transplantationstechnologie sowie die Erarbeitung eines entsprechenden Herstellungsverfahrens. Der Gewebekleber sollte im physiologischen pH-Bereich eine bessere Klebfestigkeit als Fibrin aufweisen und nicht zytotoxisch wirken. Der Kleber war über eine Funktionalisierung der Biopolymere zu konfektionieren und auf seine relevanten physikalischen und biologischen Eigenschaften hin zu untersuchen. Zunächst wurde die Gewinnung von löslichem Kollagen unter Pepsinanwendung im Labormaßstab weiter optimiert. Zur Herstellung des Gewebeklebers wurden zwei Grundansätze verfolgt:

1. Bildung eines Polyionenkomplexes (PIK) aus Kollagen und Na-Hyaluronat. Die PIK-Bildung wurde über den Zusatz geeigneter ladungsaktiver Substanzen (z. B. Arginin, Polyarginin oder Polylysin), die Natrium-Entfernung, die Anwendung von Scherkräften und/oder die chemische Modifizierung der Biopolymere beeinflusst.
2. Die Biopolymere wurden chemisch modifiziert und dann über kovalente Bindungen zu einem Copolymer partiell verknüpft.

Die analytischen Ergebnisse belegen, dass die beabsichtigten Modifizierungen der Biopolymere bzw. Vernetzungsreaktionen (Kollagenveresterung, Herstellung von hyaluronsaurem Cholin, N-Alkylierung des Kollagens, Acetylierung des Na-Hyaluronats, Veresterung des Na-Hyaluronats, Bildung von Hyaluronsäureamiden mit Kollagen, Oxidation von Na-Hyaluronat, Bildung von Azomethinen) erfolgreich verliefen. Eine Ausnahme stellte die Vernetzung mittels eines Maleinsäureanhydrid-Propylen-Copolymers dar. Keines der Produkte wirkte zytotoxisch.

In Kooperation mit dem Unternehmen Polymerics GmbH wurde eine Methode zur Messung der Klebfestigkeit (basierend auf drei Messverfahren: Messung der Abzugskraft, des Torsionswiderstandes und der Schälfestigkeit) an biologischem Gewebe bei Körpertemperatur entwickelt. In der Regel wiesen die Produkte in saurem Bereich eine gute Klebfestigkeit auf, es trat aber eine deutliche Abnahme der Klebfestigkeit mit zunehmendem pH-Wert auf. Die besten Ergebnisse im physiologischen pH-Bereich ergaben der kombinierte Einsatz von Polyarginin, Calciumionen und Scherkräften sowie die Kollagenalkylierung und die Acetylierung des Na-Hyaluronats. Die auf diesen Wegen hergestellten Produkte zeigten in diesem Bereich einen guten Widerstand gegen Schubspannung, die Adhäsivität bei den Abzugsversuchen blieb jedoch noch unter den Anforderungen. Der Fibrinklebstoff besaß im Durchschnitt eine höhere Klebfestigkeit.

Es sind erfolgversprechende Lösungen zur Kleberherstellung erarbeitet worden, die weiter zu optimieren sind. Darüber hinaus haben sich weitere Möglichkeiten zur Umsetzung der Projektergebnisse in angrenzenden Feldern eröffnet, bei denen die Wechselwirkung zwischen den Biopolymeren genutzt werden kann. Insbesondere sind hier die Entwicklung von Biomaterialien, z. B. für Scaffold-Systeme, und die Herstellung von Hydrogelen zu erwähnen.

Förderprogramm

INNO-KOM-Ost

Projektträger

EuroNorm GmbH

Auftragnehmer

• Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin
• Polymerics GmbH
• Proteome Factory AG
• Celltrend GmbH

Ansprechpartner IASP

Dr.-Ing. Rafael Valbuena

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