Neue Klebetechnik für Biomedizin entwickelt

Hydrogele lassen sich dank Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering dauerhaft verbinden 

21.02.2024 - Eine neue Klebetechnik von Forschern des Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering (https://wyss.harvard.edu) an der Harvard University (https://www.harvard.edu) und der ebenfalls dort angesiedelten Ingenieursschule macht Hydrogele in der Biomedizin noch vielseitiger einsetzbar. Die hochporösen Kunststoffe, die zu weit mehr als 95 Prozent aus Flüssigkeit bestehen, werden bereits zur therapeutischen Verabreichung von Arzneimitteln gegen Krankheitserreger, als Intraokularlinsen, Kontaktlinsen und Hornhautprothesen in der Augenheilkunde, als Knochenzement, Wundverbände, blutgerinnende Verbände und 3D-Gerüste in der Gewebezüchtung und -regeneration eingesetzt.

Schalentiere liefern Kleber 

Als Verbindungsmaterial dient ein dünner Film aus Chitosan, ein faseriges Material auf Zuckerbasis, das aus den Außenskeletten von Schal- und Krustentieren wie Muscheln, Garnelen und Krebsen gewonnen wird. Die Forscher haben ihr Verfahren erfolgreich bei mehreren bisher ungelösten medizinischen Problemen angewandt, darunter die lokale Schutzkühlung von Gewebe, die Versiegelung von Gefäßverletzungen und die Verhinderung von Verklebungen innerer Körperoberflächen, die nicht aneinander haften sollten.

Anstatt neue chemische Bindungen zu schaffen, die auf dem Austausch von Elektronen zwischen einzelnen Atomen beruhen und durch eine winzige Verschiebung des pH-Werts ausgelöst werden, absorbieren die Zuckerstränge von Chitosan schnell Wasser, das sich zwischen den Hydrogelschichten befindet, und verschränken sich mit den Polymergerüsten der Hydrogele. Das führt zu Haftkräften zwischen den Hydrogelen, die deutlich über denen herkömmlicher Hydrogel-Bindungsmethoden liegen.

Basis für Geräteentwicklung 

"Chitosan-Filme mit ihrer Fähigkeit, Hydrogele im Körper und anderswo effektiv zusammenzusetzen, fein abzustimmen und zu schützen, eröffnen zahlreiche neue Möglichkeiten für die Entwicklung von Geräten für die regenerative Medizin und die chirurgische Versorgung", sagt David Mooney vom Wyss-Institut und an der Ingenieursschule. "Bestehende Methoden zur sofortigen Verklebung von Hydrogelen oder Elastomeren haben eklatante Nachteile, weil sie auf giftige Klebstoffe, die chemische Funktionalisierung ihrer Oberflächen oder andere komplexe Verfahren angewiesen sind."

Chitosan wird bereits vielfältig kommerziell eingesetzt. So wird es derzeit beispielsweise zur Behandlung von Saatgut und als Biopestizid in der Landwirtschaft, zur Verhinderung von Verderb bei der Weinherstellung, in selbstheilenden Farbbeschichtungen und in der medizinischen Wundbehandlung genutzt.

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