Resorbierbare Hydrogele

Hydrogele sind wasserspeichernde Polymermaterialien, die aufgrund ihrer dreidimensionalen Netzwerkstruktur der extrazellulären Matrix überaus ähnlich sind. Resorbierbare Hydrogele finden Anwendung in weiten Bereichen der regenerativen Medizin, vor allem auf dem Gebiet der Weichgeweberekonstruktion. Außerdem werden bioabbaubare Hydrogele zur Wundversorgung, zur lokalen Wirkstoffreisetzung und als Protein- oder Zellträger medizinisch eingesetzt. In modernen Verfahren werden degradierbare Matrizes mit körpereigenen Zellen besiedelt und nach der Implantation in den Defekt durch körpereigenes Gewebe ersetzt. Der Einsatz differenzierter Zelltypen oder Vorläuferzellen (Stammzellen) kann dabei den Regenerationsprozess entscheidend beeinflussen. Die günstigen Quellungseigenschaften von Hydrogelen werden auch in der kosmetischen Industrie und Chirurgie vermehrt ausgenutzt.

In unserer Arbeitsgruppe werden Hydrogele basierend auf Dextran- und Hyaluronsäurederivaten hergestellt. Durch gezielte Einführung bestimmter vernetzbarer Gruppen in die polymeren Ausgangsmaterialien sind wir in der Lage, die chemischen und physikalischen Eigenschaften so zu variieren, dass sie dem jeweiligen Applikationsfeld angepasst werden können. Durch radikalische Polymerisation mit verschiedenen Startmolekülen werden die vernetzungfähigen Gruppen miteinander verknüpft, wodurch gelartige Matrizes unterschiedlicher Festigkeiten entstehen. Mithilfe dieser Vernetzungsstrategien ist es z.B. möglich, mit Zellen besiedelte Schichten eines Trägermaterials aufzubauen. Eine Perforierung der Schichten erlaubt die Bildung von durchgehenden Kanälen, wodurch die Nährstoffversorgung der Zellen gewährleistet und das Einwachsen von Kapillargefäßen erleichtert wird. In Kooperation mit dem iba e.V. Heiligenstadt konnten unsere vernetzbaren Polysaccharidderivate mittels 2-Photonenpolymerisation zu komplexen 3-dimensionalen Gebilden verarbeitet werden, deren Struktur eine Besiedlung mit Zellen erleichtern soll.
Im Tierversuch wurden die Verträglichkeit und die Abbaubarkeit methacrylierter Polymermaterialien sowie das Einwachsverhalten von Zellen in solche Hydrogele untersucht. Perforation, Sandwich-Aufbau und Vorbesiedlung mit autologen Zellen lieferten positive Ergebnissen hinsichtlich der Integration der Implantate in das umliegende Gewebe.

Ansprechpartner:
Dr. Albrecht Berg
Dr. Annika Schmidt
Dr. Torsten Walter