Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Stimuli-responsive Depotfasern als textilbasierte Lösung zur Revitalisierung der natürlichen Hautflora un tissui-repair-Anwendungen

Tissue-Repair-Konzepte mit konventionellen Fasern besitzen den Nachteil unkontrollierter Freisetzungsraten applizierter Wirkstoffe. Ziel ist es, Fasern für Drug Delivery Systeme mit durch äußere Impulse (stimuli-responsiv) aktivierbare „schaltbare“ Kopplungsstellen für Wirkstoffe zu entwickeln. Die Freisetzung der Substanzen soll gezielt und steuerbar über einen pH-Wert-Triggermechanismus realisiert werden. Durch Verschiebungen des pH-Wertes in der Faserumgebung im Bereich der Wundregion soll die Entkopplung der Wirkstoffe ausgelöst und dem Prozess der natürlichen Wundheilung zugeführt werden. Es sind Wirkstoff-Faser-Kombinationen zu finden, welche auf die natürliche pH-Wert-Änderung eines Wundheilungsprozesses als selbst-triggernden Schaltpunkt reagieren und Wirkstoffe in der Heilungsphase bedarfsgerecht abgeben können.

Es werden Biopolymere mit ionischen Polymerdomänen entwickelt, an welche medizinische Wirkstoffe aus der Gruppe antimikrobieller Peptide (AMP) über elektrostatische Interaktionen gebunden werden. Anionische und kationische Biopolymere sowie daraus hergestellte Filamente werden mit Wirkstoffen appliziert. Beladungsvorgänge der Fasern und die Freisetzungskinetik der Wirkstoffe werden charakterisiert.

Ionisch modifizierte Biopolymere sind zu Filamenten zu verarbeiten. Die Beladung mit Wirkstoffen sowie deren Wiederfreisetzung soll reproduzierbar sein. Die Freigabe der Wirkstoffe soll durch den pH-Wert in der Faserumgebung bestimmt werden können und im Bereich der natürlichen Wundheilung stattfinden.

Der Nutzen für KmU beginnt beim Rohstoffeinsatz und reicht bis zum Endprodukt. Die Gewinnung von biobasierten Polymeren und deren Formulierung zu ionisch modifizierten Faserpolymeren eröffnet Polymerherstellern Segmente für neue Produkte. Bei erfolgreichem Abschluss können die Wirkstoff-beladenen Fasern im gesamten Gesundheitswesen und im Pflegebereich genutzt werden. Allein an Wundversorgungsprodukten können davon über 60 Hersteller profitieren.

Ergebniszusammenfassung:

Ziel des Projektes war, biokompatible Fasern für den Bereich der Wundversorgung zu entwickeln, welche mit geeigneten Kopplungsstellen zur Immobilisierung medizinischer Wirkstoffe funktionalisiert sind. Die Bindungsstellen im System Faseroberfläche-Wirkstoff sollten über einen steuerbaren Schaltmechanismus verfügen, der durch äußere Impulse (stimuli-responsiv) aktiviert werden kann, sodass die gebundenen Substanzen bedarfsgerecht, d.h. bei medizinischer Indikation, freigesetzt werden und den Wundheilungsprozess unterstützen.

Es wurden aus den Biopolymeren Polylactid und Polybutylensuccinat neuartige, mit partiellen kationischen Ladungsdomänen versehene Fasern für das Anwendungsgebiet medizinische Wundauflagen entwickelt. Die ionischen Funktionalisierungen erfolgten dabei durch synthetisierte, amidierte Propf-co-Polymere basierend auf PLA, welche als Blendkomponenten im Schmelzspinnverfahren mit Biopolymeren eingesetzt wurden. Hergestellte ladungsmodifizierte Multifilamente können über elektrostatische Wechselwirkungen medizinische Wirkstoffe adsorbieren und unter bestimmten Bedingungen der Faserumgebung wieder freisetzen. Sowohl die Ladungsmodifizierungen der Faseroberflächen als auch die Ad- und Desorptionsvorgänge im System Faser-Wirkstoff können mit der Methode der Zetapotentialmessung charakterisiert werden. Darüber hinaus war es möglich, den Modifizierungsgrad der Biopolymeren so einzustellen, dass ihr isoelektrischer Punkt an der Faseroberfläche im für Wundheilungsprozesse relevanten pH-Wertbereich liegt und als Schaltpunkt für die Abgabe der gebundenen Wirkstoffe genutzt werden kann.

Gemäß Zielstellung sind die entwickelten Funktionsfasern hinsichtlich ihres Anwendungsfeldes als Medizinprodukte einzustufen und müssen demzufolge bioverträglich sein. Durchgeführte Untersuchungen durch zertifizierte Stellen haben die Biokompatibilität der Materialzusammensetzungen bestätigt. Die Fasern zeigen keine entzündungsfördernden Effekte oder hämolytisches Potential.