Laborjournal 2018-05

5/2018 | 45 Special: BiOaKTiVe MaTeRialieN Die Versorgung chronischer Wunden stellt das Personal in Krankenhäusern vor wach- sende Herausforderungen. Wir werden im- mer älter, wundassoziierte Krankheiten wie Diabetes immer häufiger. Die Standardwaffe „Antibiotikum“ versagt allzu oft und ist eine systemische und unnötige Belastung für in- nere Organe. Zudem beschleunigt ihr inten- siver Einsatz das Entstehen pathogener Kei- me mit multiplen Resistenzen. Statt mit Kanonen auf Spatzen zu schie- ßen, wäre eine fein-dosierte, nebenwirkungs- freieWirkstoffabgabe an der betroffenen Stel- le wünschenswert. Einwichtiger Schritt in die- se Richtung gelang der Gruppe des Umwelt- Biotechnologen Georg Gübitz von der Univer- sität für Bodenkultur Wien (BOKU). Die Waf- fe der Wiener gegen eindringende Keime ist Wasserstoffperoxid, das direkt in der Wunde aus einembiokompatiblen Hydrogel-Substrat mithilfe von zwei gekoppelten Enzymen ent- steht ( ACS Appl Mater Interfaces 9: 15307-16) Gefährliche Waffe Mit konzentrierten H 2 O 2 -Lösungen ist nicht zu spaßen, schonwenige Spritzer durch- löchern den Labormantel wie einen Schwei- zer Käse. Verdünnt auf Konzentrationen von zehn bis dreißigMikromol pro Liter gilt H 2 O 2 je- doch als ungefährliche Universalwaffe gegen Mikroorganismen. Als Matrixmaterial und Substrat zugleich dient ein Hydrogel aus dem biokompatiblen Naturmaterial Succinyl-Chitosan (SC)-Carboxy- methylcellulose (CMC). Dieses wird mit zwei Enzymen zu H 2 O 2 umgesetzt. Aus der limitier- ten Hydrolyse mittels Cellulase entstehen zu- nächst handliche CMC-Oligos, die die Cellobio- se-Dehydrogenase (CDH) weiter zerlegt. Dabei entsteht in situ O 2 und eben H 2 O 2 direkt an der Kontaktstelle zwischenWunde und Hydrogel. Bei der Suche nach dem optimalen Sub- strat für die verwendete Cellulase aus Tricho- derma longibrachatum testeten die Forscher kommerzielle CMCmit unterschiedlichemMo- lekulargewicht und Substitutionsgrad. Die ent- standenen Glukosemoleküle und damit die Ef- fizienz der CMC-Hydrolyse quantifizierten sie photometrisch (mit 3,5-Dinitrosalicylsäure). Zunächst modifizierte die Gruppe Chito- san durch Anbringen von N-Succinyl-Grup- pen zu Succinyl-Chitosan (SC). Durch Vermi- schen von SC- und CMC-Suspensionen erhiel- ten sie ein Hydrogel, bei demdie Aminogrup- pen von SC und Carboxylgruppen von CMC über Carbodiimid-Bindungenmiteinander ver- netzt sind. Dieses Cross-Linking erwies sich als essentiell für die optimale Gelbildung. Nach Beladenmit den beiden Enzymenwar das Hy- drogel bereit für den Praxistest. Im optimalen Verhältnis aller Komponen- ten produziert das Hydrogel über 24 Stunden kontinuierlich 30 µMH 2 O 2 . Die Konzentration ist hoch genug, um Keime abzutöten, schä- digt Tiergewebezellen jedoch nicht. Die Be- weise hierfür lieferten dieWiener Biotechno- logen anhand von Zonen-Inhibitions-Assays ( E. coli und S. aureaus auf Agarplatten mei- den die Region rund um das„Enzympflaster“) und Flüssigkulturen beziehungsweise in Fit- ness-Assays mit Maus-Fibroblasten. Cytoto- xische Wirkungen blieben aus. Dafür gibt es Anzeichen für eine mögliche entzündungs- hemmende Wirkung. Die Möglichkeit, dass sich H 2 O 2 und Tri- choderma -Cellulase anreichern und das Hy- drogel zersetzen, konnte das Team ausschlie- ßen. Mir ihren ansonsten vermutlich eher für Gelees und Sirups verwendeten Analysen un- tersuchten sie die rheologischen Eigenschaf- ten sowie die Stabilität der SC-CMC-Komposi- tion. Diese verwandelte sich in drei Minuten in ein elastisches Feststoff-ähnliches ( solid-like ) Gel. Ein Cross-linker (Genipin) ist hierbei für die Stabilität unerlässlich. Lange fit Natürlich können Wunden nicht so lan- ge warten, bis mit langwierigen Laborsyn- thesen ein Hydrogel frisch hergestellt ist. Das SC-CMC-Hydrogel lässt sich jedoch problem- los lagern. Auch nach dreißig Tagen im Kühl- schrank sind die darin enthaltenen Enzyme noch ziemlich fit und erzeugen bei Körper- temperatur 24 Stunden lang eine H 2 O 2 -Kon- zentration von 25 µM. Die grundlegenden technischen Fragen zur Herstellung, Vernetzung (für eine optima- le Konsistenz), rheologische Eigenschaften so- wie das Quellverhalten des antimikrobiellen Wundheilungs-Hydrogels hat dieWiener Grup- pe also geklärt. Jetzt sind die Mediziner dran, die das Gel für weitere medizinische Anwen- dungen testen müssen. Andrea Pitzschke Wunden sind Eintrittspforten für Keime. Ohne konsequente und regelmäßige Sterilisationsmaßnahmen drohen Infek- tionen, die Patienten im schlimmsten Fall das Leben und Krankenkassen viel Geld kosten. Biotechnologen aus Öster- reich entwickelten eine clevere Strategie, die Wunden ohne viel Aufwand keimfrei hält.   Saures Enzympflaster Foto: iStock /DmitriMaruta

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