Herstellung von Hydrogelen für Wundverbandsmaterial auf Basis von Polysaccharidderivaten und natürlichen Vernetzern

Das Ziel des Projektes war die Herstellung von Hydrogelen auf Basis natürlicher Polysaccharide- und Polysaccharidderivate. Hierzu gehören Carboxymethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxypropylcellulose und Chitosan. Die Vernetzung dieser Derivate sollte mittels ungiftiger, natürlich vorkommender Aldehyd- und Ketonverbindungen erfolgen, z.B. Aceton, Salicylaldehyd, Benzaldehyd, Vanillin, Pyruvaldehyd und Glyoxylsäure. Die Vernetzung der Polysaccharide mit den Vernetzern wurde mit dem Ziel durchgeführt Hydrogele herzustellen, welche sowohl moderate Mengen an Wasser ohne merkliche Verschlechterung physikalischer Eigenschaften aufnehmen können, als auch eine inhärente antibakterielle Wirkung durch die verwendeten Vernetzer/Polysaccharide besitzen. Durch diese Eigenschaftskombination sind sie für die Verwendung als Wundverbandsmaterial prädestiniert.

Ergebnisse

Die durchgeführten Untersuchungen zeigten, dass sich von den verwendeten Vernetzern nur zwei für die ausgewählte Zielstellung in Frage kommen. Glyoxylsäure und in geringerem Maße auch Pyruvaldehyd eignen sich für die Vernetzung von Polysaccharidderivaten und daraus folgend der Ausbildung von Hydrogelen. Bei den Untersuchungen ergaben sich mehrere Systeme, die stabile Hydrogele bilden.

Das erste System besteht aus Polysaccharidderivaten, insbesondere Methylcellulose und Hydroxypropylcellulose, in Kombination mit Glyoxylsäure als Vernetzer. Diese Mischungen müssen einmalig vollständig getrocknet werden, um quellbare, wasserunlösliche Gele herzustellen. Die Quellung liegt bei 600-1200%.

Das zweite System besteht aus Chitosan gelöst mit Salzsäure und diversen Aldehyden als Vernetzer (Pyruvaldehyd, Vanillin, Salicylsäure, Benzaldehyd). Nach Zugabe des Aldehyds kommt es zu einem raschen Viskositätsanstieg, bei zu hoher Dosierung des Vernetzers ist die Vernetzung so stark, dass sich das Gel mehr und mehr zusammenzieht und dabei das gebundene Wasser wieder abgegeben wird. Diese Gele binden sehr große Mengen an Wasser (bis zu 4000%) und weisen eine hohe Stabilität auf, nehmen allerdings nach der Herstellung kein weiteres Wasser mehr auf.

Das dritte System benötigt keinen der oben genannten Vernetzer, sondern beruht auf den Löslichkeitseigenschaften des Chitosans. Bei Variante 1 wird ein Multilagensystem aus Chitosan und Carboxymethylcellulose durch wiederholtes Überschichten und Trocknen der Lösungen aufgebaut. Bei Variante 2 wird eine Chitosanlösung neutralisiert, wodurch das Chitosan wasserunlöslich wird. Vor allem Variante 1 weist eine ausgezeichnete mechanische Stabilität auf. Die Wasseraufnahme von diesem System ist allerdings gering. Der große Vorteil ist, dass man bei diesem System komplett auf Vernetzer verzichten kann, welche zwar alle antibakteriell wirken, aber oftmals auch zytotoxisch sind.

Anwendung

Wissenschaftliche Untersuchungen haben ergeben, dass Wunden besser heilen, wenn sie feucht gehalten werden. Hierdurch können Zellen besser in der Wunde migrieren und somit die Geweberegeneration positiv beeinflussen. Jedoch ist dies nur der Fall, wenn die Wunde steril gehalten werden kann und es zu keiner bakteriellen Besiedelung kommt.

Hydrogelwundverbände zielen genau auf diese Bedürfnisse ab, sie halten die Wunde feucht, trocknen sie aber nicht aus und sorgen im besten Fall durch spezielle Inhaltsstoffe für die Sterilität der Wunde. Die im Projekt hergestellten Hydrogele des ersten Systems eignen sich durch ihr hohes Wasseraufnahmevermögen für stark exsudierende Wunden. Die Gele aus System drei  hingegen können für spätere Stadien der Wundheilung eingesetzt werden, in denen die Absonderung von Wundsekret schwächer ist, die mechanischen Ansprüche an den Verband, durch mehr Bewegung des Patienten, hingegen größer ist.