Bioreszorbeerhető membrán a belső és külső sebek gyógyítására

Fibroblasten (kötőszöveti sejtek) az elektrospunnolt Renacer®-membránon konfokális mikroszkóp alatt (piros: a sejtek citoszkeletonja, kék: a sejtmagok). © Fraunhofer ITEM

Elektrospun Renacer®-membrán (5 x 5 cm) © Fraunhofer ITEM / Elektrospun Renacer®-membrán (5 x 5 cm) © Fraunhofer ITEM

A Fraunhofer kutatói sikeresen előállítottak egy elektrospun membránt a bioreszorbeálható Renacer® szilígelből, amely nem sejt- vagy géntoxikus. Ez a mátrix utánozza a kötőszövetben előforduló szálas szerkezeteket. Ezért különösen alkalmas regeneratív alkalmazásokhoz, például a sebgyógyulás javítására.

A nagyméretű és belső sebek kezelése kihívást jelent, és rendkívül időigényes lehet. A Fraunhofer Szilikátkutató Intézete (ISC) és a Fraunhofer Toxikológiai és Kísérleti Orvostudományi Intézete (ITEM) kutatói olyan bioreszorbeálható membránt fejlesztettek ki erre a területre, amely támogatja a sebgyógyulást, és teljes mértékben a szervezetben természetes anyaggá alakul biológiai lebomlás révén.

Az új membrán alapját egy a Fraunhofer ISC-nél kifejlesztett szálas szövet képezi, amely már orvosilag jóváhagyott a krónikus sebek, például a diabéteszes láb kezelésére. Az anyag a sebgyógyulás során hat-h nyolc hét alatt teljesen feloldódik. A kutatók több mint 50-szer csökkentették a szálak átmérőjét, így azok most kevesebb mint egy mikrométeres átmérőjűek. Ehhez az elektrospinning módszert alkalmazták. Így a kutatók egy szilígel-szilikát oldatból sűrű szövetszerű szilígel membránt szőhettek szálakból, amelyek átmérője kb. egy mikrométer. Néhány esetben akár 100 nanométeres átmérőt is elértek. »Ezek a szálrendszerek utánozzák a szervezetben előforduló extracelluláris mátrixot, vagyis a kötőszöveti szálakat, és nagyon jól elfogadják azokat a sejtek a regeneráció során. Nem okoznak idegen test reakciókat, és nem keletkeznek belső hegek. Az új szilígel membrán csak egy lebomlási terméket szabadít fel, a monokiszesavat, amely regeneráló hatással van a szervezetre, és segíti a sebek záródását«, magyarázza Dr. Bastian Christ, a Würzburg-i Fraunhofer ISC kutatója. Kollégáival foglalkozott az anyag szintézisével és feldolgozásával.

»Míg az eredeti szálas szövetet 50 mikrométer vastag szálakból külsőleg egy krónikus sebbe helyezik el, a vékonyabb szöveti szálak belső alkalmazásra is alkalmasak. Olyan töltőanyagot, amely például a állcsont-defektusok kezelésére szolgál, elméletileg ezzel lehetne fedni, hogy felgyorsítsa a gyógyulást«, írja Dr. Christina Ziemann, a Fraunhofer ITEM kutatója, aki a anyag biológiai értékeléséért felelős, és ez az egyik sok lehetőség közül. »Alapvetően a membránt a szervezetben biolebomló ragasztókkal lehet összeragasztani.«

Anyag nem sejt- vagy géntoxikus

Egy konfokális mikroszkóppal, egy speciális fénymikroszkóppal kimutatták, hogy a bemutatott sűrű membránnak van egy akadály funkciója, amely legalább hét napig megakadályozza a kötőszöveti sejtek áthaladását, anélkül, hogy általában akadályozná a sejtek növekedését. Emellett a membrán reszorbeálható, és nem mutat citotoxikus vagy genotoxikus hatásokat, így nem okoz közvetlen károkat a szövetekben vagy a DNS-ben.

Szálátmérő és hálózati méret befolyásolja a sejtek viselkedését

A műtét utáni összenövések és hegesedés elkerülése érdekében vékony szálátmérőt és finom hálókat választottak, így csak tápanyagok juthatnak át a szöveti szöveten, de nem kötőszöveti sejtek. Egy mikrométeres szálátmérő és ehhez igazított háló esetén a sejtek be tudnak nőni a szálas szerkezetbe, szaporodni ott, és regeneráló hatással lehetnek a környező szövetre. »Az anyag tulajdonságainak, például a szálátmérőnek és a hálózati méretnek a beállításával kívánt módon befolyásolhatjuk a sejtek viselkedését«, mondja Christ. A szálak spoolingjához szükséges berendezéseket a Fraunhofer ISC alkalmazás-specifikusan és ügyfélre szabva tervezi. A szöveti szövetek formáját és méretét is ügyfélre szabhatják.

A membránnal ellentétben, amely közvetlenül felhordás után nyitott hálós szerkezetével tápanyagtranszportot, de sejthaladást nem tesz lehetővé, sok piacon elérhető termék csak a biológiai lebomlás vagy annak megkezdése után teszi lehetővé az anyagok szállítását. A gyors és hatékony sebgyógyulás azonban csak akkor lehetséges, ha a sérült szövet megfelelően van ellátva tápanyagokkal. Ugyanakkor a metabolikus termékek elszállítása is szükséges, amit a nyitott hálós szerkezetű szilígel membrán támogat.

Membrán szervetlen jellege

Egy másik előny: A Renacer® membrán teljesen feloldódik, és szinte pH-semleges módon lebomlik, kevesebb mint toxikus monokiszesavvá, amely a legkönnyebben vízben oldódó formája a szilíliumnak. Ez természetes a szervezetben, és bizonyítottan serkenti a kötőszöveti felépülést a bőrben és a csontokban. Ilyen tulajdonságokkal eddig nem rendelkeztek a piacon lévő termékek. Sok biológiailag lebomló anyag szerves savakra, például tejsavra vagy glicolsavra bomlik, ami helyi túlsavasodáshoz vezethet a szövetekben, és gyulladásos immunreakciókat válthat ki. »Vizsgálataink kimutatták, hogy a lebomlási termék, a monokiszesav, nem toxikus és teljes mértékben sejtkímélő«, mondja Ziemann. »A membrán egyetlen molekulára, a monokiszesavra bomlik.«

Szálak, mint hatóanyag-depot

Ezen felül hatóanyagokat lehet beépíteni a szálas szövetbe, amelyek a szerkezet lebomlásával szabadulnak fel. »A reszorpció során például antibiotikumot lehetne juttatni egy sebbe, hogy megakadályozzuk a baktériumtelepek kialakulását«, magyarázza Christ. A Fraunhofer ISC-nél a „GlioGel” című, az BMBF által támogatott projektben vizsgálják, hogy a Renacer® anyagplatform alkalmas-e hatóanyag-depotként agydaganatok kezelésére.