Hydrogel-Wundpflaster werden mängelfrei
Terasaki Institute for Biomedical Innovation verbessert wichtige mechanische Eigenschaften
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Hydrogele lassen Wunden besser verheilen (Foto: Monika Robak, pixabay.com) |
Los Angeles (pte003/01.09.2021/06:10)
Natürliche Hydrogele, das sind Polymere, die Wasser aufnehmen und wieder abgeben, werden vielfach genutzt, um Wunden zu verschließen, sodass sie schneller verheilen. Die negativen Mängel, die sie haben, mechanische Instabilität in Sachen Zähigkeit, Dehnbarkeit und Haftfestigkeit, haben Forscher am Terasaki Institute for Biomedical Innovation https://terasaki.org (TIBI) in Los Angeles haben die Macken jetzt beseitigt. Das gelang ihnen mit einer Anleihe bei natürlichen Vorbildern, bei Meeresmuscheln. Sie scheiden starke Fäden aus, die als Befestigungen und Zugseile auf Felsen und anderen unregelmäßigen Oberflächen verwendet werden. Um diese Fäden zu bilden, produzieren die Muscheln Adhäsionsproteine (Kleber) in einer sauren Umgebung. Wenn sie dem leicht alkalischen Meerwasser ausgesetzt werden verändern sich die Proteine eine chemische Veränderung, die die Fadenbildung fördert.
[b]Vier Verbesserungen auf einen Schlag[/b]
Die TIBI-Forscher versetzten die natürlichen Hydrogele mit Dihydroxyphenylalanin (DOPA). Unter alkalischen Bedingungen vernetzten sich die Inhaltsstoffe. Dadurch erhöhten sich die Dehnbarkeit um das Sechsfache, die Festigkeit um das Dreifache und die Haftfestigkeit um das Vierfache. Zusätzlich verbesserte sich die Scherfestigkeit, also die Belastbarkeit, um das Siebenfache.
Natürliche Hydrogele, insbesondere Gelatine-Methacryloyl (GelMA), werden aufgrund ihrer biologischen Sicherheit und außergewöhnlichen Biokompatibilität für die Beschleunigung der Wundheilung bevorzugt. Es gibt bereits zahlreiche Ansätze, die mechanischen Mängel des Materials zu beseitigen. So kann ein so genannte Fotoinitiator untergemischt werden, wenn das Hydrogel hergestellt wird. Unter ultraviolettem Licht vernetzen sich die Polymerketten besser, sodass die Reißfestigkeit erhöht wird.
[b]Weitreichende Folgen für die Biomedizin[/b]
Die Zugabe anderer Chemikalien verbesserte die Haftfähigkeit der Hydrogele auf der Haut. Doch die TIBI-Methode ist die erste, die auf einen Schlag alle Mängel beseitigt.
Die Forscher werden mit anderen Chemikalien experimentieren, um die mechanischen Eigenschaften von GelMA zu optimieren. Dies kann zu Verbesserungen bei zusätzlichen Anwendungen wie Elektronik, die direkt auf die Haut geklebt wird, und regenerativen internen Implantaten führen.
„Die hier gewonnenen Erkenntnisse über die grundlegenden mechanischen Eigenschaften von Hydrogelen können weitreichende Auswirkungen auf biomedizinische Anwendungen haben", sagte Ali Khademhosseini, Direktor und CEO von TIBI.
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