Opatrunki na rany z bakteryjnym alginianem

Rys. 1: Włókna z alginianu-wiskozowego, wyprodukowane z bakteryjnego alginianu. © Instytut Hohenstein / Fig. 1: Włókna alginianowo-wiskozowe wyprodukowane z bakteryjnego alginianu. © Instytut Hohenstein

Rys. 2: Opatrunek na ranę (nietkany/filc) wykonany z włókien alginianowych pochodzących z bakterii. Nietkane materiały alginianowe bakteryjne pochłaniają do 70% więcej płynu niż nietkane alginianowe pochodzące z morza. © Instytut Hohenstein / Fig. 2: Opatrunek na ranę (nietkany/filc) wykonany z włókien alginianowych pochodzących z bakterii. Nietkane materiały alginianowe bakteryjne pochłaniają do 70% więcej płynu niż nietkane alginianowe pochodzące z morza. © Instytut Hohenstein

W ramach projektu wspólnotowego „AlBioTex” naukowcy z Instytutu Hohenstein, B.R.A.I.N AG („BRAIN AG”; ISIN DE0005203947 / WKN 520394) oraz Kelheim Fibres GmbH pomyślnie zakończyli rozwój opatrunków z bakteryjnego alginianu. Celem przedsięwzięcia (numer wsparcia 031A126 w programie BMBF BioIndustrie 2021) było opracowanie biotechnologicznego procesu produkcji alginianu i jego przetwarzanie na produkty włókienkowe do opatrunków. Bakteria glebowa Azotobacter vinelandii służyła jako naturalne źródło alginianu. W ten sposób można uniknąć tradycyjnego, skomplikowanego pozyskiwania biopolimeru z brunatnic i zastąpić je zrównoważonym, biotechnologicznym procesem.

W konsorcjum badawczym uczestniczyły: Instytut Tekstyliów Innowacyjnych Hohenstein gGmbH z Bönnigheim (William-Küster-Institut für Hygiene, Umwelt und Medizin), firma bioekonomiczna BRAIN AG z Zwingenberg, światowy lider w produkcji specjalnych włókien wiskozowych Kelheim Fibres GmbH oraz producent wysoce wyspecjalizowanych tkanin dla medycyny rökona Textilwerk GmbH z Tübingen. Dzięki interdyscyplinarnej współpracy partnerów badawczych udało się po raz pierwszy odwzorować cały proces produkcji i przetwarzania od biotechnologicznej produkcji bakteryjnych alginianów, przez produkcję włókien, aż po wytwarzanie powierzchni tekstylnych.

Alginian jest biopolimerem (polisacharydem) z monomerów guluronowego i manuronowego, połączonych glikozydowo. Spektrum zastosowań przemysłowych tego biopolimeru jest determinowane przez kolejność i stosunek tych dwóch cukrowych jednostek. Szczególnie popularny jest w materiałach opatrunkowych ze względu na dobrą biozgodność alginianu, jego ogromną zdolność absorpcji płynów oraz właściwości wspomagające gojenie się ran.

Tradycyjny alginian pozyskiwany z alg morskich znacznie różni się składem cukrowych jednostek w zależności od warunków środowiskowych. Wymaga to skomplikowanego przetwarzania, aby uzyskać wysokiej czystości i biochemicznie zdefiniowany alginian, niezbędny na przykład do zastosowań medycznych. Z kolei biotechnologiczna produkcja alginianu umożliwia syntezę biopolimerów o zdefiniowanych właściwościach i stałej jakości, przeznaczonych do wyrobu produktów medycznych.

Hodowla bakterii glebowej oraz proces biotechnologicznej produkcji i izolacji bakteryjnych alginianów zostały opracowane, zoptymalizowane i ustandaryzowane w ramach projektu badawczego rozpoczętego w 2013 roku. Dzięki celowej optymalizacji biosyntezy alginianu przez bakterie udało się poprawić skład, właściwości oraz wydajność produktu. W ten sposób można wyprodukować alginaty dostosowane do potrzeb, szczególnie nadające się do produkcji włókien do zastosowań medycznych. Na pilotażowej instalacji naukowcy zdołali wytoczyć włókna z alginianu oraz włókna wiskozowe z alginianu, które następnie, w ramach ustalonego procesu, zostały przetworzone na innowacyjne włókniny i opatrunki. Testy aplikacyjne nowoczesnych opatrunków wykazały, że biotechnologiczny produkt z alginianu charakteryzuje się wyraźnie lepszą zdolnością absorpcji płynów w porównaniu do komercyjnych morskich opatrunków z alginianu. Bakterialne opatrunki chłonęły nawet o 70% więcej płynów niż opatrunki morskie.

"Wyniki osiągnięte w ramach pomyślnie zakończonego projektu badawczego stanowią podstawę do integracji bakteryjnego alginianu z przemysłową produkcją", stwierdza dr Guido Meurer, członek zarządu BRAIN AG. "Kolejnym celem na przyszłość jest zdefiniowanie nowych obszarów zastosowania bakteryjnego alginianu i tym samym otwarcie nowych rynków zbytu dla dostosowanych „specjalnych alginianów”", dodaje dr Daniela Beck z Kelheim Fibres. "Dotychczas modyfikacja i optymalizacja właściwości materiałowych alginianu były możliwe tylko przy dużym nakładzie pracy lub w ograniczonym zakresie. Dzięki zastosowaniu biotechnologii nie ma już przeszkód, aby korzystać z alginianu w tekstylnych specjalnościach w sposób zróżnicowany", cieszy się prof. Dirk Höfer z Instytutów Hohenstein.

Przemysłowe firmy zainteresowane produktami z alginianu wyprodukowanego biotechnologicznie są zaproszone do udziału w sukcesach współpracy badawczej. Dostępnych jest szereg potencjalnych obszarów zastosowań do licencjonowania technologii.