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Flexibles Hydrogel zur Wundbehandlung

20.09.2012

Ein Expertenteam aus Mechanik, Materialwissenschaft und Gewebezüchtung in Harvard hat ein äußerst flexibles und haltbares Gel entwickelt, das bei einer Vielzahl medizinischer Verfahren eingesetzt werden kann, beispielsweise beim Ersatz beschädigter Knorpel in menschlichen Gelenken.

Hauptbestandteil des neuen Materials ist Wasser, weshalb es als Hydrogel bezeichnet wird. Dies ist eine Mischung aus zwei zerbrechlichen Gelen, die zusammen ein besonderes und sehr nützliches Material bilden. Beispielsweise kann ein neues Hydrogel bis auf das 21-fache seiner ursprünglichen Länge gedehnt werden. Darüber hinaus ist es biokompatibel (wird nicht von lebenden Geweben des menschlichen Körpers abgestoßen), kann sich selbst reparieren und hat viele andere wertvolle Eigenschaften, die neue Möglichkeiten im Bereich der Medizin und des Tissue Engineering eröffnen.

Normalerweise sind Hydrogele sehr zerbrechlich und brechen leicht – stellen Sie sich einen Löffel vor, der Gelee leicht zerreißt. Biokompatible Gele auf Wasserbasis werden jedoch bei einer Reihe sehr komplexer Operationen, wie der Herstellung von künstlichem Knorpel oder Bandscheiben, dringend benötigt. Aber um in den Gelenken zu wirken, muss das Hydrogel sehr stark sein und viele Male komprimiert / gelöst werden, ohne seine Eigenschaften zu verlieren. Um ein solches Hydrogel herzustellen, kombinierten die Wissenschaftler zwei Polymere: Polyacrylamid, das in Kontaktlinsen und als Gelelektrophorese zur Trennung von DNA-Fragmenten verwendet wird, und eine zweite Komponente, Alginat. Es ist ein Algenextrakt, der oft zum Andicken von Speisen verwendet wird.

Separat sind diese Gele zerbrechlich, Alginat kann beispielsweise nur auf das 1,2-fache der Länge gedehnt werden, wonach es bricht. Die Verbindung zweier Polymere bildet jedoch ein komplexes Netzwerk verknüpfter Ketten, die sich gegenseitig verstärken. In diesem Fall besteht der Alginat-Teil des Gels aus Polymerketten, die untereinander schwache ionische Bindungen eingehen, und wenn das Gel gedehnt wird, werden einige dieser Bindungen aufgebrochen. Dadurch dehnt sich das Gel leicht aus, die Polymerketten bleiben jedoch intakt.

Polyacrylamid wiederum bildet Ketten mit einer Netzwerkstruktur, die sehr stark mit Alginatketten assoziiert sind. Wenn also das Gel während des Dehnungsprozesses winzige Risse bekommt, hilft das Polyacrylamid-Netzwerk, die Zugkraft auf eine größere Fläche zu verteilen, indem es die ionischen Bindungen des Alginats „zieht“ und sie an verschiedenen Stellen bricht. Experimente haben gezeigt, dass sich das neue Hydrogel selbst bei einem riesigen Riss noch bis auf das 17-fache seiner ursprünglichen Länge dehnen kann.

Neben der Herstellung von künstlichem Knorpel kann das neue Hydrogel für "weiche" Roboter, in Optiken, künstlichen Muskeln, als harter "Verband" für Wunden usw. verwendet werden.

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