Biomimetisches Hydrogel Nach einer Operation, bei der Behandlung von Wunden oder bei der Gewebezucht sind Infektionen eine gefürchtete Bedrohung, die lebensgefährlich werden kann. Biomimetische Hydrogele mit „eingebauten“ antimikrobiellen Eigenschaften können diese Gefahr deutlich mindern.
Ein Hydrogel ist ein molekulares Netzwerk, in dessen „Maschen“ Wasser eingelagert ist. Antimikrobielle Hydrogele lassen sich z. B. durch Einmischen oder Anknüpfen antimikrobieller Komponenten an
ein polymeres Gel herstellen. Die Forscher von der Hebei University of Technology, Tianjin (China), der Radboud University, Nijmegen (Niederlande), sowie der University of Queensland, Brisbane
(Australien), wählten einen alternativen Weg und nahmen die fotodynamische antimikrobielle Chemotherapie zum Vorbild.
Dabei werden sogenannte Fotosensibilisatoren durch Licht in einen angeregten Zustand versetzt. Durch einen strahlungslosen Übergang gelangt der Fotosensibilisator in einen anderen, langlebigen
Anregungszustand. Dabei kann Energie auf Sauerstoffmoleküle übertragen werden. So entstehen hochreaktive Sauerstoffspezies, die Mikroben abtöten.
Bisherige synthetische Gele mit fotodynamischen antimikrobiellen Aktivitäten sind jedoch meist weder biokompatibel noch bioabbaubar. Produkte aus biologischen Quellen bergen das Risiko von
Kontaminationen oder Immunreaktionen und liefern schlecht reproduzierbare Resultate.
„Durch einen strahlungslosen Übergang gelangt der Fotosensibilisator in einen anderen, langlebigen Anregungszustand.“
Das Team um Chengfen Xing meisterte diese Herausforderung durch die Verwendung vollsynthetischer Hydrogele mit biomimetischen, das heißt biologische Systeme nachahmenden Eigenschaften. Ihre Wahl
fiel auf ein Polymer mit einem wendelförmigen Rückgrat (Polyisocyanid mit aufgepfropften Ethylenglykol-Ketten), das poröse hoch biokompatible Hydrogele mit faserartiger Architektur bildet, die
Biogelen auf der Basis von Kollagen und Fibrin in Struktur und mechanischen Eigenschaften ähnelt.
Hydrogel mit Fotosensibilisator kombiniert
Ein solches Hydrogel kombinierten die Forscher mit einem Fotosensibilisator auf Basis eines Polythiophens. In Lösung liegt es als ungeordnetes Knäuel vor und absorbiert violettes Licht. Eine
Einlagerung in die wendelförmigen Bereiche des Hydrogels bringt die Polythiophene in eine gestreckte, aufgereihte Anordnung. In dieser Form ist die Absorption wesentlich stärker und in den roten
Spektralbereich verschoben. Dies ist günstiger, da rotes Licht tiefer eindringen kann und den Farbstoff weniger stark ausbleicht.
So entstand ein Gel mit hervorragenden antimikrobiellen Effekten gegenüber Bakterien wie E. coli und B. subtilis sowie Pilzen wie C. albicans, das als Ansatzpunkt für Wundauflagen mit
„eingebautem Infektionsstopper“ dienen könnte. Die Vorteile dieser Art der Keimbekämpfung: Sie ist nicht invasiv und ihre Wirkung ist räumlich und zeitlich gut kontrollierbar. Auch
antibiotikaresistente Keime lassen sich abtöten und das Risiko, neue Resistenzen zu verursachen, ist wesentlich
geringer.
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Publikation
Biomimetic Networks with Enhanced Photodynamic Antimicrobial Activity from Conjugated Polythiophene/Polyisocyanide Hybrid Hydrogels
Dr. Hongbo Yuan, Prof. Dr. Yong Zhan, Prof. Dr. Alan E. Rowan, Prof. Dr. Chengfen Xing, Prof. Dr. Paul H. J. Kouwer First published: 09 January 2020
Kontakt
Chengfen Xing
Hebei University of Technology (China)