Erste Erfolge mit selbstauflösenden Biomaterialien

Seidenraupen fördern die Wundheilung

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

Integration von Wachstumsfaktoren

Vorversuche konnten zeigen, dass direkt präsentierte Wachstumsfaktoren in geringeren Konzentrationen wirken als löslich zugegebene Wachstumsfaktoren. Für die Steigerung der Proliferation von Fibroblasten mit FGF-2-Seide reicht eine Menge von 0,1 ng an der Oberfläche aus. Mit löslichem FGF-2 im Medium wird ein vergleichbarer Effekt erst bei 5 ng messbar. Durch kovalente Bindung an Seide wird der Wachstumsfaktor präsentiert und kann nach Aktivierung des Rezeptors auf der Zelle nicht internalisiert werden. Dies bedeutet eine längere Verfügbarkeit des Wachstumsfaktors im Vergleich zu löslichem Wachstumsfaktor im Medium. Durch die Verbindung des Wachstumsfaktors mit der Seidenoberfläche ist möglicherweise auch der proteolytische Abbau der Seide vermindert. Auf diese Weise wird länger aktiver Wachstumsfaktor präsentiert.

In diesem Zusammenhang konnten Versuche zum Tissue Engineering von Fettgewebe mittels Seidengewirken mit VEGF / FGF-2 Präsentation bereits einen Effekt der Webdichte der Scaffolds auf die Differenzierung von Fettgewebsvorläuferzellen zu reifen Fettzellen zeigen. Auch deutete sich eine Wirkung der Wachstumsfaktoren auf die Differenzierung der Fettzellen in vitro an [Hanken et al. 2016].

Akute und chronische Wundverhältnisse kommen in der progressiv alternden Gesellschaft zunehmend häufiger vor. Neben ästhetischen Problemen können Wunden auch zu nachfolgenden schweren Infektionen (Sepsis) des Individuums führen [Diaz et al., 2015].

Chronische Wundverhältnisse entstehen oft im höheren Alter und stehen im Zusammenhang mit Komorbiditäten (wie Stoffwechselerkrankungen, vaskuläre Erkrankungen, Traumata) [Winter, 2006; Korol et al., 2013; Wang et al., 2016].

Nach chirurgischen Eingriffen sind Wunden und deren Behandlung obligater Natur. Die professionelle Behandlung von chronischen Wunden erfordert ein multiprofessionelles Team, bestehend aus Pflegepersonal und Ärzten verschiedener Fachrichtungen. Somit beherbergt der Themenaspekt um die Verbesserung der Wundheilung auch einen gewichtigen sozioökonomischen Aspekt [Korol et al., 2013].

Gemäß des heutigen Standards geschieht die professionelle Versorgung chronischer Wunden zumeist durch ein Wundteam, welches je nach Gegebenheit über den weiteren Behandlungsablauf entscheidet (zum Beispiel chirurgische versus konservative Strategie). Aktuell verfügbare Wundauflagen bestehen dabei zumeist aus körperfremden, nicht-abbaubaren Materialien, welche den Heilungsprozess unterstützen, aber zumeist täglich gewechselt werden müssen und auch Unverträglichkeiten auslösen können. Der tägliche Wechsel und das Abziehen der Materialien von der Wunde birgt widerkehrende Gefahren von Wund- irritationen und schlechter Heilung. Auch der Komfort der Behandlung ist schlecht, da Verbandswechsel- und Wundbehandlungen oftmals mit starken Schmerzen für die Patienten verbunden sind. Somit ist die Suche nach beziehungsweise die Weiterentwicklung von Materialien zur Unterstützung der Wundheilung von großem allgemeinen Interesse.

Seide als biokompatibles und biodegradierbares Material darf aufgrund der genannten Vorteile (unter anderem Biokompatibilität, pH-neutrale Resorption, bessere Wundheilungstendenzen und beschleunigte Granulation, Möglichkeit der Integration von Wachstumsfaktoren) deshalb als idealer Kandidat für ein Biomaterial zur Herstellung von Wundauflagen gelten (Abbildung 4). Somit kann Seide als sehr vielversprechendes Material zur Herstellung einer Wundauflage für die Versorgung akuter und chronischer Wunden angesehen werden, welche in aktuellen Projekten validiert wird [Smeets et al., 2008; Wöltje et al., 2014].

Ausblick

Neben dem Einsatz der Seide als Wundverband beziehungsweise –auflage ist der Einsatz als Barrieremembran (GBR/GTR-Membran) in den dentalen Implantologie denkbar. Dies liegt vor allem an der generellen Möglichkeit der individualisierten Anfertigung sowie Verbindung mit anderen biologischen- sowie Werkstoffen. So ist beispielsweise die Integration von Magnesium, welches als natürlich biodegradierbar gilt, als Stützgerüst in die Seide zur Vermeidung eines Membrankollaps in der GBR/GTR-Technik denkbar und ist Gegenstand aktueller eigener Forschungsbemühungen.

Darüber hinaus kann die Seidenmembran mit Knochenersatzmaterialien wie Hydroxylapatit (HA) oder ß-Tricalciumphosphat (ß-TCP) beschichtet und damit funktionalisiert werden (Abbildung 3). In einer Studie konnte bereits in vivo gezeigt werden, dass kraniale Knochendefekte kritischer Größe bei Verwendung von ß-TCP beschichteten Seidenmembranen reifer knöchern aus- heilen im Vergleich zur Verwendung herkömmlicher Kollagenmembranen [Smeets et al., 2016].

Prof. Dr. Dr. Ralf Smeets, Geschäftsführender Oberarzt und Leiter der Forschung Mund-Kiefer-Gesichtschirurgie, Kopf- und Neurozentrum
Klinik und Poliklinik für Mund-, Kiefer- und Gesichtschirurgie (MKG)
Martinistraße 52, 20246 Hamburg, r.smeets@uke.de

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