Erste Erfolge mit selbstauflösenden Biomaterialien

Seidenraupen fördern die Wundheilung

Die Entwicklung neuartiger Biomaterialien eröffnet zukunftsweisende Perspektiven. So könnte mit Raupenseide, welche mit Wachstumsfaktoren modifiziert wurde, die Heilung von Wunden verbessert werden. In der Hamburger MKG-Chirurgie wird die Seidenraupe für Forschungszwecke gezüchtet und man ist bislang mit ihrer „Arbeit“ sehr zufrieden.

Abbildung 1: Elektronenmikroskopische Aufnahme von Seidenfäden ... © Smeets

Abbildung 1: Elektronenmikroskopische Aufnahme von Rohseidenfäden © Smeets
Abbildung 2: Kokons der Seidenraupe Bombyx mori. © Smeets
Abbildung 3: EM-Aufnahmen unterschiedlicher Seidenmembranen in der Übersicht (links) und in Detailaufnahmen (rechts). Das obere Bild zeigt eine ß-TCP modifizierte Seidenmembran (SM), das mittlere eine HA modifizierte SM und das untere Bild eine unmodifizierte Seidenmembran. © Smeets
Abbildung 4: Beispiel eines Zellträgers aus Seide, der mit Wachstumsfaktoren modifiziert wurde. © Smeets

Der Einsatz von Seide als biokompatible Membran ist in der Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie für verschiedene Applikationen denkbar, vor allem bei akuten und chronischen Wundverhältnissen sowie der dentalen Implantologie.

Grundlagen und Herstellung

Seiden-basierte Materialien (N-Fibroin) haben in letzter Zeit aufgrund der hohen Biokompatibilität, niedrigen Immunogenität, Biodegradation und guten mechanischen Eigenschaften das Interesse der Forschung geweckt [Altman et al., 2003; Guan et al., 2010].

Das Seidenmaterial selbst basiert dabei auf N-Fibroin, welches zum Beispiel durch die Seidenraupe bombyx mori hergestellt wird (Abbildung 1). N-Fibroin ist ein gut validiertes Biomaterial [Dal Pra et al., 2005; Meinel et al,. 2005], welches bereits als Träger für die unterschiedlichsten Zelltypen bestätigt wurde [Unger et al., 2004] und eine bessere Biokompatibilität im Vergleich zu Polymeren aufweist [Altman et al., 2003].

Durch präformierte 3D-Körper kann die Endform der Seidenmatrix beeinflusst werden [Altmann et al., 2011]. Der Abbau dieses Materials erfolgt durch eine proteolytische Resorption. Gegenüber anderen synthetischen (zum Beispiel Polyglycol-Säuren, Laktatsäuren) und natürlichen (wie Kollagen Typ I) Materialien zeigten Seiden-basierte Konstrukte deutliche Vorteile in der Rekonstruktion verschiedener mesenchymaler Gewebe [Mauney et al., 2007], wie Knochen [Wang et al., 2010], Knorpel [Wang et al., 2006], Urethra [Liu et al., 2007] und Trachea [Ni et al., 2008].

N-Fibroin stimuliert dabei die Fibroblasten-Proliferation und -Migration [Minouraet al., 1995]. Die Granulation während der Wundheilung wurde durch die Verwendung von Seidenmaterialien beschleunigt [Sugihara et al., 2000]. Ferner weist N-Fibroin ein im Hinblick auf die Geschwindigkeit modifizierbares Abbauverhalten auf. Ein weiterer Benefit der Seide als Biomaterial ist die individuelle Generierung von Scaffolds, also sogenannten „Gerüsten“ (wie auch Vliese, Gewirke, Membranen) mittels Standardtextilmaschinen (wie zum Beispiel beim rapid prototyping) (Abbildung 3).

Es können also beliebige Formen virtuell geplanter dreidimensionaler Zellträgerstrukturen generiert und dabei eine hohe interkonnektierende Porenstruktur gewährleistet werden, die für die Versorgung der Zellen von enormer Bedeutung ist (Vermeidung von Diffusionsbarrieren). In einer in vivo Studie konnte bereits gezeigt werden, dass Stents auf Basis von N-Fibroin erfolgreich für die technisch einfachere und schnellere mikrochirurgische Gefäßanastomose eingesetzt werden kann [Smeets et al., 2016].

Generell besteht die Möglichkeit der Integration von verschiedenen Wachstumsfaktoren während des Herstellungsvorgangs. Transgene Raupen (bombyx mori) können dabei zum Beispiel VEGF / FGF-2 in die Seidenfäden einbauen. Sie sorgen dafür, dass die Faktoren später auf der Oberfläche des Fadens präsentiert werden und somit bei einem in vivo Einsatz keine systemische Belastung darstellen.

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