{"id":12501,"date":"2010-12-06T00:00:00","date_gmt":"2010-12-05T22:00:00","guid":{"rendered":"http:\/\/www.bio-based.eu\/news\/index.php?startid=20101206-03n"},"modified":"2010-12-06T00:00:00","modified_gmt":"2010-12-05T22:00:00","slug":"biokunststoffe-potenzielle-materialien-fuer-die-medizintechnik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/renewable-carbon.eu\/news\/biokunststoffe-potenzielle-materialien-fuer-die-medizintechnik\/","title":{"rendered":"Biokunststoffe \u2013 potenzielle Materialien f\u00fcr die Medizintechnik"},"content":{"rendered":"

Wie biobasierte Kunststoffe f\u00fcr medizintechnische Anwendungen genutzt werden k\u00f6nnten, diskutierten Wissenschaftler beim diesj\u00e4hrigen International Symposium on Biopolymers, ISBP<\/a>, in Stuttgart. Die meisten der vorgestellten Strategien werden erst in einigen Jahren marktreif sein. Aber sie vermitteln zumindest eine Idee davon, warum Biokunststoffe auch in der Medizintechnk k\u00fcnftig st\u00e4rker Fu\u00df fassen k\u00f6nnten.<\/b><\/p>\n

Bioabbaubarkeit ist f\u00fcr manche medizintechnische Anwendungen ausdr\u00fccklich erw\u00fcnscht. Biobasierte Kunststoffe, die diesem Wunsch entsprechen, gibt es: zum Beispiel Polylactid. Doch, so f\u00fchrte Zhihua Gan von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking aus, sind Biokunststoffe nicht immer in der Weise bioaktiv, wie es f\u00fcr den Einsatz in der Medizintechnik erforderlich ist.<\/p>\n

Micellen aus amphiphilen Co-Polymeren<\/b>
Gan und sein Forscherteam arbeiten an so genannten “drug delivery systems”, also winzigen Partikeln, die Medikamente im K\u00f6rper an den Zielort transportieren und dort nach einer festgelegten Kinetik freisetzen. Um solche Aufgaben zuverl\u00e4ssig erledigen zu k\u00f6nnen, m\u00fcssen die Transportermolek\u00fcle funktionalisiert werden. Dabei wird ihre dreidimensionale Struktur definiert, die Bioabbaubarkeit, die Zielsteuerung und das Einwandern in Zellen aktiviert. F\u00fcr Funktionalisierungen in biologischen Systemen sind laut Gan insbesondere Amino- (NH2<\/sub>) und Carboxygruppen (COOH) wichtig.<\/p>\n

Durch Kombination wasserabweisender Polymere wie Polylactid mit wasserl\u00f6slichen funktionalisierten Polymerabschnitten konnten Gan und seine Mitarbeiter amphiphile Co-Polymere herstellen, die von sich aus Micellen mit tumorspezifischen Oberfl\u00e4chenstrukturen bilden. Weil das Co-Polymer in einigen Abschnitten Cysteinbr\u00fccken ausbildet, sind die Micellen zudem pH-sensitiv. Im pH-neutralen Milieu bewahren sie ihre Form, in saurer Umgebung zerfallen sie.<\/p>\n

Damit eignen sich diese Micellen prinzipiell, um Wirkstoffe durch die Blutbahnen zu transportieren, sich an Tumoren und Tumorzellen anzulagern und in diese einzuwandern. Da der pH-Wert innerhalb von Tumoren niedriger ist als im Blut, l\u00f6sen sich die Micellen auf und setzen die Wirkstoffe frei. Gan betonte, dass gezielte Modifikationen an Polymeren und der Aufbau von funktionalisierten Co-Polymeren die Basis sind, um biobasierte Polymere in der Medizintechnik nutzen zu k\u00f6nnen.<\/p>\n

DNA-Vektoren aus Spinnenseide<\/b>
An bioaktiven Transportsystemen forscht auch Keiji Numata von der Abteilung Biomedical Engineering der Tufts University in Medford\/USA. Er hat sich f\u00fcr Spinnenseide als Basispolymer entschieden.
Mittels Rekombination stellen er und seine Mitarbeiter modifizierte Proteine der Spinnenseide her, um daraus funktionalisierte Vehikel aufzubauen. F\u00fcr die Funktionalisierung kombinieren sie die Spinnenseidenproteine mit Proteinen, die Membranen destabilisieren (membran destabilizing peptides), oder mit RGD-Peptiden, die die Zelladh\u00e4sion vermitteln. <\/p>\n

Besondere Aufmerksamkeit widmen die Wissenschaftler Peptidkonstrukten, mit denen DNA in Zellen transportiert werden kann. Normalerweise werden f\u00fcr solche Transfektionen bestimmte Viren eingesetzt. Die Vorteile der seidenproteinbasierten Vektoren sieht Numata bei den Punkten Sicherheit und Bioabbaubarkeit.<\/p>\n

An das Seidenprotein koppeln die Forscher auf der einen Seite ein Polylysin-Peptid und daran wiederum ein funktionelles Peptid oder einen pharmazeutischen Wirkstoff. Eine zweite Funktion kann am anderen Ende des Tr\u00e4gerproteins integriert werden. Im Fall der Vektoren f\u00fcgten die Entwickler Peptide an, welche die Ankopplung an die Zielzellen und die Aufnahme der Nanopartikel unterst\u00fctzen.<\/p>\n

Aus den zusammengesetzten Multi-Peptiden werden Nanopartikel hergestellt, die Plasmid-DNA aufnehmen k\u00f6nnen. Versuche zeigten, dass die Partikel die integrierten DNA-Molek\u00fcle sch\u00fctzen. Von DNA-abbauenden Enzymen wie DNasen bleibt die Vektor-DNA unbehelligt. Erreicht ein Seidenproteinpartikel das Zellinnere, zerst\u00f6ren Enzyme die Partikelstruktur, woraufhin der Inhalt in die Zelle abgegeben wird. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sich \u00fcber die Sekund\u00e4rstruktur des Seidenproteins die Freisetzungskinetik festlegen l\u00e4sst. In weiteren Experimenten konnten sie nachweisen, dass die Partikel mittels entsprechender funktioneller Gruppen selektiv in Tumorzellen geleitet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Biokompatible Polyhydroxyalkanoate<\/b>
Ekaterina Shishatskaya vom Institut f\u00fcr Biophysik der russischen Akademie der Wissenschaften erforscht, ob Polyhydroxyalkanoate (PHA) als Material f\u00fcr die Medizintechnik geeignet sind. Als PHA setzt Shishatskaya Polyhydroxybutyrat (PHB) und ein Co-Polymer aus PHB und Polyhydroxyvalerat (PHV) ein. Die Polymere wurden im Labor biotechnologisch vom Bakterium Wautersia (Ralstonia) eutropha hergestellt. Der daraus gefertigte biobasierte Kunststoff tr\u00e4gt den Markennamen Bioplastotan. Ziel der Untersuchungen war anschie\u00dfend, die Biokompatibilit\u00e4t von Bioplastotan zu analysieren.<\/p>\n

Shishatskaya pr\u00fcfte auf potenzielle Wechselwirkungen zwischen Polymer und biologischen Systemen und setzte dabei sowohl Zellenkulturen als auch Wirbeltiere ein. Kurz- und Langzeitstudien an M\u00e4usen, Ratten, Hasen und Hunden \u00fcber einen Zeitraum von sieben Tagen bis sechs Monaten sollten Aufschluss dar\u00fcber geben, ob PHA im K\u00f6rper unerw\u00fcnschte Reaktionen ausl\u00f6st. In den Tierversuchen wurden bei den Tieren f\u00fcr die Kurz- und Langzeittests Wundnahtf\u00e4den aus PHA verwendet. Im Rahmen von zus\u00e4tzlichen Schnelltests injizierten die Wissenschaftler Extrakte der Polymere. F\u00fcr weitere Zytotoxizit\u00e4tstests kultivierten sie Zellen auf PHB\/PHV-Folien.<\/p>\n

Die Ergebnisse der Schnelltests zeigten, dass PHB\/PHV keine unerw\u00fcnschten Reaktionen ausl\u00f6sen. Die Tiere reagierten weder empfindlich auf die Substanzen noch wurden Allergien oder Unvertr\u00e4glichkeiten verursacht oder Gewebe verletzt. Anhand der Versuche mit Wundn\u00e4hten konnte Shishatskaya zeigen, dass PHB\/PHV die Gesundheit der Tiere nicht beeintr\u00e4chtigt. Sie kam daher zu dem Schluss, dass PHB und PHB\/PHV biokompatibel sind und sich f\u00fcr biomedizinische Anwendungen eignen.<\/p>\n

Nanopartikel f\u00fcr Pharmawirkstoffe<\/b>
Eine potenzielle Anwendung f\u00fcr PHA in den Medizin k\u00f6nnten Nanopartikel sein, die Wirkstoffe transportieren und kontrolliert freisetzen. Xiaoyun Lu von der Xi\u2018an Jiaotong Universit\u00e4t in Xi\u2018an, China, stellte ein derartiges System vor. Es eignet sich zumindest in vitro, um Phosphoinositid-3-Kinasen (PI3K) zu blockieren. PI3K sind Enzyme mit gro\u00dfem Einfluss auf Zelldifferenzierung, Zellteilung und Zellwanderung. PI3K-Inhibitoren werden intensiv erforscht. Doch so mancher Kandidat, der bei in-vitro-Vorversuchen \u00fcberzeugte, entpuppte sich in vivo als untauglich. Oft war die L\u00f6slichkeit oder die Stabilit\u00e4t zu gering, oder die Inhibitoren wurden zu schnell aus dem Blut entfernt. Diese Probleme lassen sich l\u00f6sen, wenn die Wirkstoffe in Partikel verpackt durch den K\u00f6rper transportiert und erst am Zielort kontrolliert freigesetzt werden.<\/p>\n

Die Untersuchungen von Xiaoyun Lu zeigten, dass PI3K-Inhibitoren st\u00e4rker auf Krebszellen wirken, wenn sie \u00fcber PHA-Nanopartikel appliziert werden. F\u00fcr die Entwickler sind PHA-Nanopartikel viel versprechende Systeme, mit denen tumorhemmende Wirkstoffe im K\u00f6rper transportiert und freigesetzt werden k\u00f6nnen. Insbesondere f\u00fcr Wirkstoffe mit hydrophoben Abschnitten bieten Nanopartikel nach Einsch\u00e4tzung der Forscher unsch\u00e4tzbare Vorteile.<\/p>\n

Bioabbaubar, funktionalisierbar und biokompatibel<\/b>
Die Vortr\u00e4ge beim ISBP zeigten, dass auch die Medizintechnik von den Eigenschaften der biobasierten Kunststoffe profitieren k\u00f6nnte. Mit ihren Merkmalen “bioabbaubar”, “funktionalisierbar” und “biokompatibel” er\u00f6ffnen Biopolymere gro\u00dfe Anwendungsm\u00f6glichkeiten f\u00fcr die Medizintechnik. Die Veranstaltung wurde von der BIOPRO Baden-W\u00fcrttemberg GmbH inhaltlich und thematisch unterst\u00fctzt.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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