Die parallele Ausrichtung der Verbandsfasern beschleunigt die Wundheilung

Ein Forscherteam aus Singapur hat über die Entwicklung eines hautähnlichen Gerüsts durch parallele Ausrichtung von Nanofasern aus einer Mischung aus Polycaprolacton (PCL) und Gelatine berichtet, das die Wundheilung verbessert. Ihre Forschungsergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Fortschrittliche Fasermaterialien.

Wenn die Haut verletzt ist, kann es je nach Verletzungsgrad eine Weile dauern, bis sie heilt. Bakterien, die in der Hautflora oder aus externen Quellen vorhanden sind, wandern an die verletzten Stellen und ihre erhöhte Anwesenheit verzögert den Heilungsprozess. Infizierte Wunden brauchen oft mehrere Wochen, um zu heilen.

Aufkommende multiresistente (MDR) Bakterien tragen zusätzlich zur gesundheitlichen Belastung bei der Wundversorgung bei und stellen ein großes Gesundheitsproblem dar. Die Wundbehandlung kostet weltweit jedes Jahr Milliarden von Dollar. Darüber hinaus trägt eine verzögerte Wundheilung zum Leiden vieler Menschen und zu ihrem Wohlbefinden bei.

Mit dem Ziel, den Wundheilungsprozess zu beschleunigen, stellten die Forscher einen neuartigen Verbundverband her. Sie verwendeten zwei Grundzutaten – PCL, ein biologisch abbaubares Polyester, und Gelatine, ein biologisch abbaubares Protein aus denaturiertem Kollagen. Sie wendeten das Elektrospinnverfahren an, um Fasern aus PCL/Gelatine herzustellen.

Anschließend bauten sie ein hautverträgliches, natürlich vorkommendes Poly(aminosäure)-Polymer namens ε-Polylysin in das Fasergerüst ein. Forscher haben früher hervorragende antiinfektiöse Breitbandeigenschaften von ε-Polylysin festgestellt. Darüber hinaus zeigten sie, dass ε-Polylysin die Beweglichkeit von Hautzellen – dermalen Fibroblasten und Keratinozyten – verbessert.

„Die Idee, ε-Polylysin zu den Nanofasergerüsten hinzuzufügen, war, eine bakterielle Besiedelung an der verletzten Stelle zu verhindern. Wir haben unsere Erfahrung bei der Entwicklung langlebiger antimikrobieller Nanofasern genutzt. Der Nanofaser-Verbundverband verhinderte eine bakterielle Infektion und beschleunigte die Wundheilung effektiv Das elektrogesponnene Material ahmte die Struktur und Eigenschaften der natürlichen Haut nach und sorgte für eine geeignete Mikroumgebung auf dem Wundbett“, sagte Dr. Rajamani Lakshminarayanan vom Singapore Eye Research Institute (SERI), einer der leitenden PI der Studie.

Um die mechanische Festigkeit, Robustheit und Haltbarkeit der Gerüste weiter zu erhöhen, vernetzten die Forscher die Fasergerüste mit einer Chemikalie namens Dopaminhydrochlorid. Aus diesen Fasern hergestellte Verbände waren glatt, durchgehend und perlenfrei, mit einem mittleren Durchmesser, der die Hautzellen unterstützt. Darüber hinaus waren Nanofasermatten hochgradig hydrophil, was entscheidend für die Verbesserung der dermalen Zelladhäsion, Polarisierung, Migration und damit der Wundversorgung ist.

„Durch die Steuerung der Geschwindigkeit des rotierenden Trommelkollektors des Elektrospinnsystems waren wir in der Lage, die Faserausrichtung abzustimmen“, sagte Herr Erfan Rezvani Ghomi, ein Ph.D. Student an der National University of Singapore (NUS) und Erstautor der Arbeit.

„Die Faserausrichtung der Gerüste verbesserte ihre Zugfestigkeit und verlieh ihnen Hydrophilie, dh die Schaffung einer feuchten Umgebung, ein wünschenswertes Merkmal von Wundverbänden, die überschüssige Wundflüssigkeit absorbieren können, was ein besseres Zellwachstum, eine bessere Proliferation und Migration ermöglicht.“

Die Forscher experimentierten mit verschiedenen Topologien von elektrogesponnenen Nanofasern unter Verwendung des In-vitro-Zellkultursystems. Als die Forscher die Fasern in einer parallelen Topologie anordneten, konnten sie die Zellproliferation und die Bewegung der Zellen in Ausrichtungsrichtung erhöhen, während Fasern mit zufälliger Topologie die Zellbewegung verlangsamten.

Die extrazelluläre Matrix besteht aus Faserstrukturen, durch die sich Hautzellen bewegen.

„Wenn wir eine ähnliche Struktur schaffen und auf das verletzte Gewebe auftragen, wird dies eine günstige Mikroumgebung bieten, die Zellbewegung unterstützen und somit die Wundheilung verbessern. Unsere Erkenntnisse, dass die Anwendung parallel ausgerichteter PCL/Gelatine-Gerüste die Zellmigration verbessert, würden zur Verbesserung der Behandlungsergebnisse beitragen von Wunden und geben Hoffnung, dass neue und bessere Verbände entwickelt werden könnten, um die Heilung zu verbessern. Wir setzen unsere Forschungsbemühungen fort und entwickeln aktiv neue Gerüstdesigns, die auf die Regulierung von Entzündungen in den Wunden abgestimmt sind“, sagte Assistenzprofessor Navin Verma von der Nanyang Technological University Singapore (NTU ), einer der führenden PI der Studie.

„In der aktuellen Arbeit wurde eine einfache Elektrospinntechnik zur Herstellung von Verbänden verwendet. Die Wundversorgungsindustrie sucht nach dieser Art von innovativen biotechnologisch hergestellten Materialien. Ein einfacher nächster Schritt wäre, diesem hochgradig ausgerichteten Fasermaterial weitere Funktionalitäten hinzuzufügen, z. B. entzündungshemmende Eigenschaften“, sagte Professor Seeram Ramakrishna, NUS.

Obwohl verschiedene Verbände auf Basis von Hydrogelen und anderen mit bioaktiven Wirkstoffen beladenen Materialien für die Wundheilung entwickelt wurden, war die Wirksamkeit dieser Verbände auf ihre Zusammensetzung beschränkt. Aber ein wichtiger Aspekt über den biologischen Einfluss von Struktur und Topographie ist weniger untersucht.

Professor SC Kundu, Forschungskoordinator und ehemaliger Vorsitzender des Europäischen Forschungsraums, Forschungsinstitut für Biomaterialien, biologisch abbaubare Stoffe und Biomimetik, am Hauptsitz des Europäischen Exzellenzinstituts für Gewebezüchtung und Regenerative Medizin, Universität Minho, Portugal, der nicht an der beteiligt war Studie, sagte: „Faserherstellungsdesigns werden uns helfen, Behandlungen zu verbessern, die Wundpatienten einen besseren Nutzen bringen würden. Eine schnelle Wundheilung ist besonders im Fall von chronischen Wunden oder schweren Verbrennungen erwünscht. Aber es muss noch mehr Forschung betrieben werden.“

Das Forschungsteam hob die Bedeutung der aktuellen Arbeit hervor und sagte: „Unsere Studie bietet einen allgemeinen Rahmen für zukünftige Forschung, und wir beginnen, die Möglichkeiten zu erkunden. Wir wollen diese Technik jetzt bis zur nächsten Stufe weiterentwickeln, die den Grundstein legen könnte.“ für neue Ansätze im Umgang mit der Wundheilung.“