Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Elektrogesponnene, flexible Zweischichten-Antiadhäsion-Hydrogelmaterialien basierend auf vernetzten, biokompatiblen und resorbierbaren Sternpolymeren zur Prävention postoperativer Adhäsion (Gewebsverwachsungen) in Folge fehlgesteuerter Wundheilungsprozesse

Post-operatives Gewebsverwachsen von betroffenen Organen und angrenzendem Gewebe nach chirurgischen Eingriffen im Zuge des Heilungsprozesses führt zu einer starken Einschränkung der Lebensqualität der Betroffenen und ist in Folge dessen eine Langzeitbelastung für das Gesundheitssystem. Anti-adhäsive Materialien werden als temporäre Barriere zur präventiven Behandlung in der Klinik eingesetzt. Etablierte Einschichtenmaterialien weisen jedoch erhebliche Schwächen bezüglich Flexibilität, Haltbarkeit, Funktionalität oder Handhabbarkeit auf. Elektrogesponnene Zweischichtenmaterialien basierend auf funktionalen PEG-Sternpolymeren können hinsichtlich dieser Eigenschaften maßgeschneidert werden für eine verbesserte post-operative Wundheilung und Genesung des Patienten.

Das Produkt ist für die KMUs aus der chemischen, Textil- und Gesundheitsindustrie interessant, die hochfunktionale Polyethylenglykole herstellen, mit dem Elektrospinnverfahren arbeiten oder Unternehmen der Medizintechnik. Das Elektrospinnverfahren ist einfach handhabbar, kostengünstig und skalierbar und das Zweischichtenprodukt in wenigen Spinnschritten verfügbar.

Das bifunktionale, hydrogelartige Zweischichtenmaterial basiert auf spezifisch funktionalisierten und vernetzten PEG-Sternpolymeren. Während die Adhäsionsschicht des Produktes an das geschädigte Gewebe anhaftet, hält die gegenüberliegende Seite gesundes Gewebe auf Abstand und agiert als physische Barriere zwischen Organen und Geweben am Operationsort. Postoperative Komplikationen wie Gewebeverwachsungen werden somit effektiv minimiert.

Ergebniszusammenfassung:

Post-operative adhesions can affect patients undergoing various types of surgeries, and they are associated with serious complications, including a higher risk of morbidity and mortality. Due to increased hospitalization, longer operative times, and extended length of hospital stay, post-surgical adhesions also impose a significant financial burden. The objective of this work was to develop an anti-adhesion material called AparTex based on starpoly(ethylenoxide-stat-propylenoxide) (sPEG). The first step in the AparTex project involved synthesizing various epoxide and amine functionalized sPEGs. To achieve this, sPEGs end-functionalized with diamine, ester-amine, and dopamine were successfully synthesized and analyzed using SEC, 1H, and 13C NMR. The synthesis of sPEG-DA, sPEG-Aaa, and sPEG-Ex(Dy) was successfully developed as part of this project, yielding satisfactory results with functionalization levels exceeding 90% in most cases. The functionalization degree of sPEG end-functionalized with dopamine was calculated to be approximately 30%. Using these synthesized polymers, electrospinning of different sPEG-epoxide-amine systems was successfully developed and optimized. The polymers were electrospun into sPEG-epoxide-amine fiber mats, incorporating a 400 kDa linear PEG or PLGA filler. These fiber mats were then layered to create a system with an adhesive side (containing dopamine) for fixation on injured tissues and an anti-adhesive side. The swelling behaviour, fiber diameters, fiber mat thickness, and pore sizes were determined from bright field and SEM images. Degradation tests in hydrolytic and enzymatic conditions were conducted for at least 2 weeks. Notably, when linear PEG was used as a filler, the fiber mats did not show detectable degradation even after 4 weeks. However, when compared to linear PEG filler, PLGA accelerated the degradation process. Furthermore, sPEG-EA fiber mats and a commercial barrier material (Seprafilm) exhibited high cell viability.