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Polymere zur Regeneration von Gewebezellen

07.09.1998  00:00 Uhr

-Pharmazie

Govi-Verlag

Polymere zur Regeneration von Gewebezellen

Abbaubare Polymere bei der Formulierung parenteraler Depotarzneiformen häufig angewendet. Sie schützen sensible Wirkstoffe vor frühzeitiger Inaktivierung und sind in der Lage, über Polymerabbau und Erosion die Freigabe von Arzneistoffen zu steuern. Neben diesen klassischen Einsatzgebieten gibt es seit einigen Jahren weitere Anwendungen für solche Materialien. Seit Anfang der 90er Jahre verwendet man bioabbaubare Polymergerüste bei der Vermehrung von Zellen zu transplantierbaren Geweben.

Diese als Tissue Engineering bezeichnete Forschungsrichtung hat unter anderem als Zielsetzung, nicht mehr funktionsfähige Gewebe oder Organe durch in vitro gezüchtetes Gewebe zu ersetzen. Eine der Grundvoraussetzungen für die Vermehrung von Zellen auf abbaubaren Polymeren ist die Beherrschung dieser Materialien und das Verständnis des Abbauverhaltens, da sich die Polymergerüste während der Gewebebildung vollständig abbauen müssen. Die Materialeigenschaften sind dabei für die Zellvermehrung und die Zelldifferenzierung von herausragender Bedeutung.

Untersuchungen zum Erosionsverhalten

Trotzdem man synthetische abbaubare Polymere seit mehr als 25 Jahren zum Beispiel als chirurgisches Nahtmaterial einsetzt, ist ihr Erosionsverhalten bislang immer noch relativ unbekannt. Dies zeigt sich auch am Verhalten von Polylactid.

Zylinder aus Polylactid erodieren über einen längeren Zeitraum überhaupt nicht, obwohl sinkende Molmassen zumindest auf einen Kettenabbau während der Erosion schließen lassen. Nach diesem Zeitraum brechen die Strukturen spontan zusammen. Hierfür gibt es bislang noch keine Erklärung. Ein besseres Verständnis der Erosionsmechanismen könnte dazu beitragen, abbaubare Polymere gezielter einzusetzen und das Problem der Spontanfreisetzung von Wirkstoffen oder Abbauprodukten zu vermeiden.

Systematische Abbaustudien an Polymeren zeigen, daß für die Erosion von Polymeren nicht nur die Hydrolyse der Polymerketten verantwortlich ist, sondern auch die Behinderung beziehungsweise Beeinflussung der Freigabe der Abbauprodukte durch nicht erodiertes Polymer. Computergestützte Erosionsmodelle geben Hinweise darauf, daß Erosion erst dann einsetzt, wenn die Polymermatrix mit einem Netzwerk von Poren durchzogen ist. Wenn ein solcher Perkolationscluster, das heißt ein durchgehendes Porennetzwerk besteht, kann die Polymermatrix in weiten Teilen erodieren.

Die entwickelten Abbaumodelle für Polymere zeigen, daß durch Anwendung dieser Algorithmen das experimentelle Erosionsverhalten von abbaubaren Polymeren beschrieben werden kann. Dies erleichtert die Herstellung von Arzneiformen und den Einsatz bioabbaubarer Polymere im Tissue Engineering.

Bei der Vermehrung von Osteoblasten auf abbaubaren Polymeren konnte gezeigt werden, daß zunächst die Anheftung von Zellen durch die Art des Biomaterials beeinflußt wird. Dieser Nachweis wurde erbracht durch Vermehrung von Osteoblasten auf Polylactid und Blockcopolymeren bestehend aus Polylactid und Polyethylenglykol. Dabei zeigte sich, daß die Polymereigenschaften, vor allem der Kontaktwinkel von Wasser, einen erheblichen Einfluß auf das Anheftungsverhalten von Zellen auf diesen Materialien nimmt. Mit steigendem Kontaktwinkel lagern sich die Zellen besser an die Polymere. Je besser die Haftung, um so rascher können sich Zellen vermehren.

Es konnte festgestellt werden, daß sich die Zellen sehr gut an Polylactide anheften und sich dort auch stark vermehren. Durch die Einführung der Polyethylenglykol-Strukturen in Polylactid sinkt der Kontaktwinkel von Wasser und die Zellvermehrung wird verlangsamt.

Differenzierungsgrad und Zellvermehrung

Der Grad der Differenzierung der Zellen, der für die Eigenschaften des In-vitro-Gewebes herausragende Bedeutung besitzt, ist indirekt proportional zur Vermehrung der Zellen. Die höchste Differenzierung findet man auf solchen Materialien, bei denen die Wechselwirkungen mit den Zellen gering ausgeprägt sind, während diejenigen Polymere, auf denen sich Zellen stark vermehren, dazu neigen, die Ausdifferenzierung der Zellen zu den gewünschten Gewebeverbänden zu verlangsamen. Durch die Variation der Hydrophilie des Polymers ergeben sich daher neue Möglichkeiten für das Arbeiten mit abbaubaren Polymeren im Tissue Engeneering.

In weiteren Arbeiten wird versucht, das Verhalten von Zellen durch den Einsatz von Diblockcopolymeren zu beeinflussen, um sie gezielt zu vermehren oder zu differenzieren.

PZ-Artikel von Achim Goepferich, RegensburgTop

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