GRAFAHREND, Dirk (Seckenheimer Strasse 16, Mannheim, 68165, DE)
REIBEL, Denis (2 rue du Houblon, Herrlisheim, Herrlisheim, F-67850, FR)
GRAFAHREND, Dirk (Seckenheimer Strasse 16, Mannheim, 68165, DE)
| Patentansprüche 1. Vliesstoff, umfassend Fasern aus einem Faserrohmaterial, wobei die Fasern zumindest eine biologisch aktive Substanz aufweisen, die zumindest teilweise in und/ oder auf den Fasern angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Faserrohmaterial als polymeren Bestandteil zumindest ein synthetisches Polymer in unmodifizierter und/ oder modifizierter Form aufweist, wobei das synthetische Polymer biologisch abbaubar und/ oder biokompatibel ist. 2. Vliesstoff nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein synthetisches Polymer aus folgender Gruppe ausgewählt ist: Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), Polyhydroxybuttersäure (PHB), Polydioxanonsäure (PDS), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyesteramid (PEA), Polyanhydrid, Polyorthoester, Polyphosphoester, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polyethylenglycol (PEG), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), Siliziumverbindungen (z.B. S1O2) bzw. Copolymere dieser Stoffe, wobei zumindest ein synthetisches Polymer in unmodifizierter und/ oder modifizierter Form vorliegt. 3. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das synthetische Polymer aufgrund von funktionellen Gruppen selbst eine biologisch aktive Substanz darstellt. 4. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern miteinander verdrillt sind und/oder eine verdrillte Struktur aufweisen. 5. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil der Fasern als Nanofasern ausgebildet ist. 6. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch aktive Substanz zumindest teilweise als Beschichtung, Imprägnierung oder Verkapselung vorliegt. 7. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine biologisch aktive Substanz nanoskalig vorliegt. 8. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine biologisch aktive Substanz aus folgender Gruppe ausgewählt ist: ein Antiseptikum, ein antimikrobiell wirksamer Stoff, ein Antibiotikum, ein Medikament, ein Wachstumsfaktor, ein Enzym, eine Zelle, ein biologisch aktives Metall oder eine biologisch aktive Metalllegierung. 9. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern und/ oder zumindest eine biologisch aktive Substanz oberhalb von 200°C instabil ist. 10. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff eine offene Porenstruktur mit einer Luftdurchlässigkeit von Mindestens 0,5 I/Minuten*cm2 aufweist. 11. Vliesstoff nach einem voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vliesstoff derart modifiert ist, dass er eine unspezifische Proteinadsorption minimiert. 12. Vliesstoff nach einem voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das synthetische, resorbierbare Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), Polyhydroxybuttersäure (PHB), Polyhydroxyvalerat, Polydioxanonsäure (PDS), Polyesteramid (PEA), Trimethylencarbonat (TMC), Polyanhydrid, Polyorthoester, Polyphosphoester, Siliziumverbindungen (z.B. S1O2), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyethylen (PE), Polypropylen und Blends dieser Polymere und/oder Copolymere dieser Stoffe, wobei zumindest ein synthetisches Polymer in unmodifizierter und/oder modifizierter Form vorliegt. 13. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweites Polymer ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polyethylenglycol (PEG), Polyglycidol, Poly(ethylenoxid-co-propylenoxid, Polyvinylpyrrolidon (PVP), Poly(2-Hydroxyethylmethacrylat, Polyacrylamid und Phosphorylcholinpolymere, Dextran, Hyaluronsäure, wobei die vorgenannten Polymere zusätzliche reaktive chemische Amin- (NH2-), alkylierte Amin- (NHR-), Isocyanat (NCO-), Thiol- (SH-), Hydroxyl- (OH-), Succimid-, Maleinimid-, Acrylat-, und/oder Methacrylatgruppen aufweisen. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine biologisch aktive Substanz folgender Gruppe ausgewählt ist: ein Protein, ein Peptid, oder ein Proteinfragment (Erkennungs/Signal-Molekül). 15. Vliesstoff nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die biologisch aktive Substanz ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: Kollagen, Fibronectin, Laminin, Osteonectin, Tenascin, Albumin, Casein, Glycoprotein, Heparin und/oder Vitronectin oder deren Fragmenten. 16. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Kontaktwinkel von maximal 40 °. 17. Vliesstoff nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Porosität von mehr als 80 %. 18. Verwendung eines Vliesstoffs nach einem der voranstehenden Ansprüche zur Herstellung eines Arzneimittels für die Wundheilung. 19. Medizinprodukt, Wundverband, Wattetupfer oder Implantat, enthaltend einen Vliesstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 17. 20. Rotationsspinnverfahren zur Herstellung eines Vliesstoffs nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das Faserrohmaterial in ein Behältnis gegeben wird, wobei das Behältnis in Rotation versetzt wird und wobei das fluidisierte Faserrohmaterial durch Zentripetalkräfte aus dem Behältnis in Form von Fasern ausgetragen wird. |
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Vliesstoff gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Stand der Technik
Vliesstoffe, die mit biologisch aktiven Substanzen ausgerüstet sind, sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. Insbesondere zeigt die WO 2004/002384 A1 einen Vliesstoff, welcher Silber aufweist und als Wundauflage verwendet wird. Als Faserrohmaterialien werden dort Polyurethane oder Polyacrylate vorgeschlagen.
Vliesstoffe werden häufig für medizinische Anwendungen verwendet. Den als Rohmaterial für die Vliesstoffe vorliegenden Vliesen wird durch
Wasserstrahlverfestigung, thermische oder chemische Verfestigung eine hinreichende Reißfestigkeit verliehen, damit diese als Verbandsmaterial eingesetzt werden können. Die mechanischen oder chemischen Verfestigungsverfahren können jedoch die Ausrüstung der Fasern mit biologischen Wirkstoffen, beispielsweise
antimikrobiellen oder antibiotischen Wirkstoffen, negativ beeinträchtigen, nämlich die wirksamen Stoffe in ihrer Wirkung hemmen oder sogar teilweise aus den Fasern herauslösen.
Daher sind häufig aufwendige und teure Nachbehandlungsschritte notwendig, um die verfestigten Vliesstoffe in einen gebrauchstauglichen Zustand zu verbringen.
Für die Aufbringung biologisch aktiver Substanzen auf Vliesstoffe werden häufig Verfahren verwendet, bei denen der Vliesstoff nach seiner Herstellung mit den Substanzen behandelt wird. Dies hat den Nachteil, das mehrstufige Verfahren erforderlich sind, bei denen die Herstellung des Vliesstoffes gesondert von der Aufbringung der Substanzen erfolgt.
Zudem wird bei solchen Verfahren regelmäßig nicht eine gleichmäßige, stabile Verteilung der Substanzen in dem Vliesstoff erzielt. Daher müssen oft Ärzte oder medizinisches Personal die Aufbringung der aktiven Substanzen auf die industriell hergestellten Vliesstoffe vornehmen.
Ein weiteres Problem ist, dass im Falle einer mechanischen Einarbeitung von biologisch aktiven Substanzen in die Vliesstoffe, insbesondere wenn die
Substanzen zusammen mit einem Faserrohmaterial zu einem Vliesstoff verarbeitet werden, sowohl die Fasern als auch die biologisch aktiven
Substanzen geschädigt werden können.
Die Schädigung erfolgt vor allem durch Hitzebehandlung bei der Herstellung der Fasern. Daher sind einige Verfahren für die Herstellung von Vliesstoffen aus thermoinstabilen Substanzen wie Polysacchariden und Polypeptiden und für die Einarbeitung von thermolabilen biologischen Substanzen wie Enzymen oder Zellen nicht geeignet.
Die aus der EP 2 042 199 A2 bekannten Vliesstoffe überwinden zumindest einen Teil der vorhergehend genannten Nachteile. Die Fasern der Vliesstoffe sind dabei mit biologisch aktiven Substanzen ausgerüstet, die in den Fasern verteilt sind. Die Fasern bestehen aus einem Faserrohmaterial, das natürliche Polymere aufweist. Dabei können die biologisch aktiven Substanzen während des
Herstellungsprozesses der Vliesstoffe mittels eines Rotationsspinnverfahrens in den Fasern verteilt werden, wobei das Verfahren derart schonend durchgeführt werden kann, dass sowohl die Fasern bzw. das Faserrohmaterial, als auch die biologisch aktiven Substanzen nicht geschädigt werden.
Vliesstoffe, die natürliche Polymere aufweisen oder daraus bestehen, weisen häufig eine geringe Stabilität, insbesondere eine geringe mechanische
Stabilität, auf, die sowohl bei der Lagerung als auch bei der Anwendung nachteilig ist. Zudem ist der Einsatz natürlicher Polymere als Faserrohmaterial kostenintensiv.
Demzufolge ist der Anwendungsbereich bzgl. der vorhergehend genannten Vliesstoffe eingeschränkt. Somit besteht ein zunehmender Bedarf an
Vliesstoffen, die zumindest gegenüber Vliesstoffen mit natürlichen Polymeren eine höhere Stabilität, insbesondere eine höhere mechanische Stabilität, aufweisen. Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen bioabbaubaren Vliesstoff anzugeben, die sich durch eine höhere mechanische Stabilität und durch eine kostengünstigere Herstellung auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist zunächst erkannt worden, dass Faserrohmaterialien aus Polymeren, die eine ausreichende Verfestigung erlauben, häufig nicht wundverträglich, insbesondere nicht bioresorbierbar sind. Überraschenderweise wurde festgestellt, dass bei Verwendung von Faserrohmaterialien aus synthetischen Polymeren eine höhere Stabilität, insbesondere eine höhere mechanische Stabilität, des Vliesstoffs erreicht werden kann, ohne auf eine biologische Abbaubarkeit oder Biokompatibilität zu verzichten. Dabei ist insbesondere erkannt worden, dass natürliche Polymere für bestimmte physiologische Anwendungen aufgrund mangelnder mechanischer
Eigenschaften im Gegensatz zu synthetischen Polymeren ungeeignet sind. Überdies ist erkannt worden, dass die Verwendung von synthetischen
Polymeren kostengünstiger ist als die Verwendung natürlicher. Der Gegenstand der Erfindung ist daher ein Vliesstoff, umfassend Fasern aus einem
Faserrohmaterial, wobei die Fasern zumindest eine biologisch aktive Substanz aufweisen, die zumindest teilweise in und/ oder auf den Fasern angeordnet ist. Das Faserrohmaterial weist als polymeren Bestandteil zumindest ein
synthetisches Polymer in unmodifizierter und/ oder modifizierter Form auf, wobei das synthetische Polymer biologisch abbaubar und/ oder biokompatibel ist. Hierdurch sind kostengünstige und mechanisch stabile Vliesstoffe mit guter biologischer Abbaubarkeit bzw. Biokompatibilität angegeben. Folglich ist die eingangs genannte Aufgabe gelöst.
Im Sinne der Erfindung bedeutet„biologisch aktive Substanz", dass die
Substanz gezielt biochemisch, chemisch und/oder physikalisch auf biologische Prozesse einwirkt, wie beispielsweise das Wachstum von Bakterien oder Keimen oder die Wundheilung. Bevorzugt werden durch biologisch aktive Substanzen die biologischen Prozesse zumindest teilweise gehemmt, begünstigt oder beschleunigt. Durch die Stabilität, insbesondere die mechanische Stabilität, des Vliesstoffs ist dieser sowohl bei der Lagerung als auch bei der Anwendung einer geringeren Zersetzungsgefahr ausgesetzt. Somit ist ein derartiger Vliesstoff prädestiniert für den Einsatz in oder an Organismen. Der Vliesstoff könnte zumindest ein synthetisches Polymer aus folgender Gruppe aufweisen: Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), Polyhydroxybuttersäure (PHB), Polydioxanonsäure (PDS),
Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyesteramid (PEA), Polyanhydrid, Polyorthoester, Polyphosphoester, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO),
Polyethylenglycol (PEG), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP),
Siliziumverbindungen (z.B. SiO 2 ) bzw. Copolymere dieser Stoffe, wobei zumindest ein synthetisches Polymer in un modifizierter und/ oder modifizierter Form vorliegt. Ein synthetisches Polymer ist ein Polymer, dass aus synthetisierten
Monomeren aufgebaut ist. Dabei versteht man unter Synthese das Umsetzen von einer oder mehreren Verbindungen zu einer neuen Verbindung. Das synthetische Polymer kann auch aus fossilen Rohmaterialien hergestellt sein. Synthetische Polymere weisen im Vergleich zu z.B. natürlichen Polymeren eine höhere Biostabilität auf, da sie Strukturen aufweisen, die in der Natur weniger bekannt sind und somit auch durch Organismen und/ oder deren Produkte weniger stark angegriffen werden können. Des Weiteren können auch
modifizierte synthetische Polymere verwendet werden. Dabei versteht man unter Modifizierung eine Synthese, bei der die grundlegende Struktur der Verbindung, insbesondere das Kohlenstoffgerüst, beibehalten wird und funktionelle Gruppen eingeführt werden. So kann beispielsweise durch
Einführen von Hydroxygruppen eine stärkere Hydrophilie des synthetischen Polymers erreicht werden. Somit modifiziert man das Polymer hinsichtlich seiner hydrophilen Eigenschaften, ohne die kennzeichnende Grundstruktur des Polymers zu ändern.
So können als synthetisches Polymer Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), Polyhydroxybuttersäure (PHB), Polydioxanonsäure (PDS), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyesteramid (PEA), Polyanhydrid,
Polyorthoester, Polyphosphoester, Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polyethylenglycol (PEG), Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP), Siliziumverbindungen (S1O 2 ) bzw. Copolymere dieser Stoffe eingesetzt werden.
Bevorzugt wird Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL) und Polyethylenoxid (PEO), Polyethylenglycol (PEG), bzw. deren Copolymere, besonders bevorzugt werden Milchsäure-basierte Polymere wie z.B. Polylactid (PLA) und Polyethylenoxid (PEO) bzw. Polyethylenglycol (PEG) und ganz besonders bevorzugt wird Polylactid (PLA) und Poly(lactid-co-glycolid) verwendet.
Das synthetische Polymer könnte aufgrund von funktionellen Gruppen selbst eine biologisch aktive Substanz darstellen. Dadurch kann das synthetische Polymer aufgrund von z.B. funktionellen Gruppen selbst eine bioaktive Wirkung entfalten. Das Polymer könnte mit biologisch aktiven Molekülen wie zum Beispiel adhäsionsfördernden Peptidsequenzen (z.B. RGD, IKVAV etc.),
Wachstumsfaktoren (BMP, EGF, PDGF, etc.), protelnadsorptionsvermeidenden Substanzen (z.B. Polyethylenoxide) oder antimikrobiell aktiven Substanzen (alkylsubstituierten quartären Aminogruppen) modifiziert sein. Durch Abbau des Polymers können die biologisch aktiven Substanzen aus den
Polymerkonjugaten kontrolliert freigesetzt werden.
Die hier beschriebenen Vliesstoffe sind bevorzugt nicht nachverdichtet.
Die Fasern könnten miteinander verdrillt sein und/oder eine verdrillte Struktur aufweisen. Einige Fasern, bevorzugt mehr als 5 %, besonders bevorzugt mehr als 10 % und ganz besonders bevorzugt mehr als 20 % der Fasern, können miteinander verdrillt sein oder eine verdrillte Struktur aufweisen. Die
Verdrillungen stellen sich überraschend während des Rotationsspinnens ein und begünstigen zusätzlich die Festigkeit des Vliesstoffs.
Zumindest ein Teil der Fasern könnte als Nanofasern ausgebildet sein. Ein Vliesstoff dieser Ausgestaltung kann besonders leicht und dünn ausgestaltet sein.
Die biologisch aktive Substanz könnte zumindest teilweise als Beschichtung, Imprägnierung, oder als Verkapselung vorliegen. Die biologisch aktive Substanz kann als Imprägnierung, an der Oberfläche angereichert, als Verkapselung z.B. in Art von Nanoemulsionen, als Dispersion oder als molekular verteilter
Wirkstoff in bzw. auf der Faser vorliegen. Denkbär wäre auch, dass die biologisch aktive Substanz zumindest teilweise kovalent gebunden vorliegen kann. Die biologisch aktive Substanz kann sowohl simultan als auch in einem weiteren Verfahrensschritt eingebracht werden. Zumindest eine biologisch aktive Substanz könnte in den Fasern verteilt bzw. in und/ oder auf den Fasern angeordnet sein. Hierdurch lässt sich eine allmähliche Abgabe der biologisch aktiven Substanz mit lang anhaltender Wirkung einstellen. Dabei schließt die Verteilung„in den Fasern" nicht aus, dass die Substanz zusätzlich auf den Fasern, also an deren Oberfläche gebunden, vorliegt. Bevorzugt ist die Verteilung in den Fasern homogen.„Homogen" bedeutet dabei, dass die aktive Substanz im Gegensatz zu Vliesen oder
Vliesstoffen, die mit Wirkstoffen nachbehandelt werden, innerhalb der Fasern im wesentlichen gleichmäßig eingeschlossen ist und nicht ungleichmäßig verteilt ist, beispielsweise aufgrund einer unvollständigen Diffusion in die
Fasern. Dem steht nicht entgegen, dass sich möglicherweise erhöhte Mengen der Wirkstoffe an der Faseroberfläche befinden, beispielsweise aufgrund von Grenzflächeneffekten. Die biologisch aktive Substanz kann demzufolge zusätzlich auf den Fasern verteilt sein, um eine rasche Abgabe an den menschlichen Körper sicher zu stellen. Dies kann durch ein Besprühen des Vliesstoffs mit der Substanz oder ein Tränken in der Substanz ermöglicht werden. Zumindest eine biologisch aktive Substanz könnte nanoskalig vorliegen. Die biologisch aktive Substanz kann in den Fasern nanoskalig vorliegen. Unter nanoskaligen Strukturen versteht man Bereiche jeglicher Morphologie, die zumindest in einer Raumrichtung Dimensionen im Nanometerbereich
aufweisen. Hierdurch erlangt die biologisch aktive Substanz eine hohe Mobilität. Eine nanoskalig vorliegende biologisch aktive Substanz zeigt eine besonders hohe Reaktivität, wenn sie mit Bakterien, Viren, Pilzen oder Sporen in Kontakt gebracht wird. Insoweit zeichnet sich der Vliesstoff durch eine hohe
Abgabefähigkeit in Bezug auf die biologisch aktive Substanz aus. Zumindest eine biologisch aktive Substanz könnte aus folgender Gruppe ausgewählt sein: ein Antiseptikum, ein antimikrobiell wirksamer Stoff, ein
Antibiotikum, ein Medikament, ein Wachstumsfaktor, ein Enzym und/ oder eine Zelle, ein biologisch aktives Metall oder eine biologisch aktive Metalllegierung. Als„antiseptisch" bezeichnet man eine Wirkung, die zur Verminderung der Anzahl von infektiösen Keimen und damit zur Verhinderung einer Infektion führt. Als„Substanz" im Sinne der Verbindungen werden nicht nur einzelne
chemische Verbindungen verstanden, sondern auch Substanzgemische oder komplexe Einheiten wie Zellen oder Extrakte.
Die Fasern und/ oder zumindest eine biologisch aktive Substanz könnte oberhalb von 200°C instabil sein. Das Faserrohmaterial, die Fasern und/ oder die biologisch aktive Substanz können oberhalb einer vorbestimmten
Temperatur instabil sein.„Instabil" bedeutet, dass diese Materialien sich innerhalb einer vorbestimmten Zeit bei dieser Temperatur so verändern, dass die Verwendbarkeit zur Erzeugung eines Vliesstoffes oder die biologische Aktivität signifikant abnehmen.„Signifikant" bedeutet dabei beispielsweise, dass die biologische Aktivität um mindestens 10 % abnimmt. Beispielsweise neigen Enzyme bei solchen Temperaturen zum Denaturieren, während sich instabile Antibiotika chemisch zersetzen. Fasermaterialien wie Polysaccharide, Proteine, Polypeptide oder Gelatine neigen bei erhöhten Temperaturen zum Denaturieren oder Verklumpen.
Der Vliesstoff könnte eine Reißfestigkeit bei einem spezifischen Flächengewicht von 140 bis 180 g/m 2 (DIN EN ISO 12127) im trockenen Zustand von
Mindestens 0,10 N/mm 2 (ISO 9073-3) und/ oder eine Reißdehnung in
hydratisiertem Zustand von Mindestens 100% (ISO 9073-3) aufweisen. Der Vliesstoff kann eine Reißfestigkeit und/ oder eine Reißdehnung aufweisen. Bevorzugt weist er eine Reißfestigkeit bei einem spezifischen Flächengewicht von 140 bis 180 g/m 2 im trockenen Zustand von Mindestens 0,1 N/mm 2 , besonders bevorzugt von Mindestens 0,2 N/mm 2 und ganz besonders bevorzugt von Mindestens 0,3 N/mm 2 auf. Alternativ oder zusätzlich weist er bevorzugt eine Reißdehnung in hydratisiertem Zustand von Mindestens 100 %, besonders bevorzugt von Mindestens 200 % und ganz besonders bevorzugt von Mindestens 300 % auf. Ein solcher Vliesstoff kann besonders vorteilhaft als Implantat für Hartgewebe, insbesondere für Knochen oder Knorpel, verwendet werden, da er mechanisch beanspruchbar ist.
Der Vliesstoff könnte eine offene Porenstruktur mit einer Luftdurchlässigkeit von Mindestens 0,5 I/Minuten*cm 2 aufweisen. Der Vliesstoff kann eine offene Porenstruktur mit einer Luftdurchlässigkeit aufweisen, die gemäß DIN 9237 ermittelt wird. Bevorzugt weist der Vliesstoff eine Luftdurchlässigkeit von Mindestens 0,5 I/Minuten*cm 2 , besonders bevorzugt von Mindestens 0,6 I/Minuten*cm 2 , und ganz besonders bevorzugt von Mindestens 0,7
I/Minuten*cm 2 auf. In eine solche Porenstruktur können Zellen besonders gut einwandern bzw. einwachsen.
Der antimikrobiell wirksame Stoff kann zumindest ein Nebengruppenelement, ein Metall, besonders bevorzugt ein Edelmetall, oder eine Metallegierung umfassen. Nebengruppenelemente zeichnen sich durch antimikrobielle Wirkung aus. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, dass mehrere
Nebengruppenelemente gemeinsam vorliegen, um unterschiedlichen
Bakterienarten selektiv zu begegnen. Es hat sich in Versuchsreihen gezeigt, dass sich in Bezug auf die antimikrobielle Wirksamkeit eine Rangfolge der verwendeten Stoffe ergibt. Diese lässt sich wie folgt darstellen. Silber ist der wirksamste Stoff, gefolgt von Quecksilber, Kupfer, Cadmium, Chrom, Blei, Kobalt, Gold, Zink, Eisen und schließlich Mangan. Vor diesem Hintergrund ist denkbar, auch Hauptgruppenelemente zu verwenden, welche eine
antimikrobielle Wirkung zeigen. Der antimikrobiell wirkende Stoff kann eine Gold-Silber Mischung umfassen oder ausschließlich aus einer Gold-Silber- Mischung bestehen. Mischungen dieser Art zeigen eine besonders hohe antimikrobielle Wirksamkeit. Es hat sich überraschenderweise gezeigt, dass die Anwesenheit von Gold die antimikrobielle Wirkung von Silber noch steigert. Der antimikrobiell wirksame Stoff kann auch Silber enthalten. Silber ist besonders als antimikrobiell wirkender Stoff geeignet, da es für Menschen nahezu ungiftig ist. Des Weiteren zeigt Silber ein relativ geringes allergenes Potential. Silber wirkt als antiseptische Substanz in geringen Konzentrationen über einen langen Zeitraum auf eine Vielzahl von Infektionskeimen. Die meisten bekannten Bakterien zeigen darüber hinaus keine Resistenz gegen Silber.
Des Weiteren kann die biologisch aktive Substanz in Kombination mit geeigneten Trägerstoffen, Stabilisatoren oder sonstigen galenischen Zusätzen in das Vlies oder in den Vliesstoff eingearbeitet werden. Bei den Stabilisatoren kann es sich unter anderem um etablierte Substanzen wie Stärke, Gelatine, Chitosan, Polyvinylpyrrolidon oder Polyethylenoxid handeln.
Die Faserrohmaterialien können bevorzugt ausgewählt werden aus der Gruppe bestehend aus synthetischen Polymeren und Polymeren aus fossilen
Rohmaterialien, jeweils in unmodifizierter und/ oder modifizierter Form.
Ein Medizinprodukt, Arzneimittel, Wundverband, Wattetupfer oder Implantat könnte einen Vliesstoff der hier beschriebenen Art enthalten. Der hier beschriebene Vliesstoff könnte zur Herstellung eines Arzneimittels für die Wundheilung verwendet werden. Vliesstoffe der hier beschriebenen Art können im medizinischen Bereich Verwendung finden, da sie im Hinblick auf ihre Gewebestruktur und stoffliche Zusammensetzung sehr gut modifizierbar sind. Beispielsweise ist denkbar, die Gewebestruktur so einzustellen, dass sie als Scaffold oder Implantat fungieren können, wenn nämlich die Fasergewebestruktur mit dem menschlichen Gewebe gut verwachsen kann. Weitere medizinische Anwendungen wie die Verwendung als
Zellwachstumsträger sind denkbar. Insbesondere könnte ein Medizinprodukt, Wattetupfer oder Implantat einen Vliesstoff der hier beschriebenen Art enthalten.
Der hier beschriebene Vliesstoff kann auch als Implantat oder als Teil eines Implantats verwendet werden. Dabei ist die Verwendung in bioresorbierbaren oder langzeitstabilen Implantaten möglich. Beispielsweise können die
Implantate bei chirurgischen Eingriffen eingesetzt werden und durch die biologischen aktiven Substanzen gezielt therapeutisch wirken.
Der hier beschriebene Vliesstoff eignet sich besonders zur Herstellung eines Wattetupfers oder Tupfers, da er hinreichend stabil ist und desinfizierend wirkt.
Weitere Ausrüstungen des Vliesstoffs sind möglich. Der Vliesstoff könnte mit rekombinanten Wachstumsfaktoren, autologen Wachstumsfaktoren,
insbesondere Thrombozyten-Präparationen, Adhäsionsfaktoren, insbesondere RDG-Peptiden, und/ oder autologen Zellpräparationen, insbesondere
Knochenmarkaspiraten, ausgerüstet sein.
Zur Herstellung eines hier beschriebenen Vliesstoffs könnte ein
Rotationsspinnverfahren verwendet werden, bei dem das Faserrohmaterial in ein Behältnis gegeben wird, wobei das Behältnis in Rotation versetzt wird und wobei das fluidisierte Faserrohmaterial durch Zentripetalkräfte aus dem
Behältnis in Form von Fasern ausgetragen wird.
Überraschenderweise erlaubt diese Verfahren die gleichmäßige Einarbeitung biologisch aktiver Substanzen in Vliesstoffe während der Erzeugung der Vliese in einem Rotationsspinnverfahren. Da bei dem Rotationsspinnverfahren die Faserrohmaterialien und die biologisch aktiven Substanzen sehr kurze
Verweilzeiten in der Spinnvorrichtung aufweisen, die beispielsweise im Bereich von Mikrosekunden liegen können, werden weder die Faserrohmaterialien noch die aktiven Substanzen geschädigt. Auf diese Art werden neue Vliese oder Vliesstoffe erhalten, die nach bekannten Verfahren nicht herstellbar waren. Bei den bekannten Elektrospinnverfahren sind Verweildauern von mehreren Minuten üblich. Des Weiteren konnte beobachtet werden, dass synthetische Polymere sich überraschend gut zu einem Vlies ablegen lassen, wobei sich gleichzeitig mittels des Herstellungsverfahrens in die Fasern biologische Wirkstoffe einarbeiten lassen. Weiterhin wurde erkannt, dass die Fasern des Vlieses zum Teil ohne Phasengrenze ineinander übergehen, miteinander vernetzen und dadurch einen festen Verbund ausbilden. Der entstehende Vliesstoff zeigt ohne weitere Verfestigungsmaßnahmen überraschend eine hinreichend hohe Reißfestigkeit, um als Verbandsmaterial oder Wundauflage Verwendung zu finden. Die biologisch aktive Substanz wird in ihrer Wirkung nicht durch
Verfestigungsmaßnahmen negativ beeinträchtigt. Weiter konnte festgestellt werden, dass mittels eines Rotationsspinnverfahrens der Durchmesser der Fasern in einer engen Verteilung einstellbar ist. Durch das
Rotationsspinnverfahren sind Fasern mit einem Durchmesser von im Mittel 0,3 bis 500 pm, im Mittel 3 bis 200 pm und sogar im Mittel 5 bis 100 pm erzeugbar. Die enge Verteilung des Durchmessers der Fasern sowie die Steuerung der Restfeuchte erlauben einen homogenen und stabilen Aufbau des Vliesstoffs ohne teure zusätzliche Verfestigungsmaßnahmen.
Die austretenden Fasern könnten gerichtet, kontaktlos geführt werden. Eine kontaktlose und definierte Führung der Fasern, bevor diese auf einer
Ablageeinrichtung auftreffen, erlaubt eine Modifikation der Fasern. So kann allein die Dauer der Führung bzw. die Richtung der Führung Einfluss auf die Faserlänge, den Faserdurchmesser sowie die Faserstruktur nehmen. Eine gerichtete kontaktlose Führung erzeugt ein homogeneres Faserspektrum, als ein Herstellungsprozess ohne Führung. Ganz konkret kann allein durch die Führung die Breite einer Verteilungskurve sämtlicher Fasereigenschaften eingestellt werden. Hierdurch kann die Menge an Fasern mit unerwünschter Fasergeometrie erheblich reduziert werden.
In einer konstruktiv besonders günstigen Ausgestaltung könnten die Fasern durch eine Absaugeinrichtung geführt werden. Dabei ist denkbar, dass die Fasern durch einen Gasstrom transportiert werden. Sofern der Gasstrom laminar ausgebildet ist, können die Fasern zwischen den laminaren Schichten gestreckt und geformt werden. Als Gas kann Luft fungieren. Luft ist ein kostengünstiges Gas, welches sich dadurch auszeichnet, dass ein Herstellungsprozess bei Atmosphärendruck durchgeführt werden könnte. Denkbar ist auch, dass anstelle von Luft weitere Gase, insbesondere Inertgase wie Stickstoff, verwendet werden. Hierdurch ist sicher gestellt, dass das Faserrohmaterial verarbeitbar ist, welches reaktive Gruppen umfasst oder zu Nachreaktionen nach dem Verlassen des
Behältnisses neigt.
Es können Fasern hergestellt werden, die einen Durchmesser von bevorzugt 0,3 bis 500 pm, besonders bevorzugt 0,4 bis 400 pm, ganz besonders bevorzugt 0,5 bis 300 pm aufweisen. Insoweit ist eine Herstellung von
Nanofasern möglich, ohne dass ein elektrostatisches Feld verwendet werden muss.
Für die Durchführung des Rotationsspinnverfahrens wird besonders bevorzugt eine Vorrichtung oder ein Behältnis verwendet, wie es in der DE 102005048939 A1 beschrieben wird. Auf diese Vorrichtungen und Behältnisse wird hier ausdrücklich Bezug genommen. Eine Vorrichtung gemäß DE 102005048939 A1 umfasst ein Behältnis zur Aufnahme von Faserrohmaterial, wobei das Behältnis durch mindestens eine Wärmequelle erwärmbar ist, wobei das Behältnis in Rotation versetzbar ist und wobei das Behältnis Austrittsbereiche für das Faserrohmaterial aufweist, wobei den Austrittsbereichen Mittel zur gerichteten, kontaktlosen Führung des aus dem Behältnis austretenden Faserrohmaterials zugeordnet sind. Die Austrittsbereiche des Behältnisses können als Durchgänge ausgestaltet sein. Hierbei ist denkbar, dass die Durchgänge kreisförmig, oval oder rechteckförmig ausgestaltet sind. Ganz in Abhängigkeit von der Form der Durchgänge kann auf die Fasergeometrie Einfluss genommen werden. Die Durchgänge können einen Durchmesser oder eine Weite bis bevorzugt 500 μητι, besonders bevorzugt 400 μιη, ganz besonders bevorzugt 300 [im
aufweisen. Diese Dimensionierung hat sich als besonders vorteilhaft für die Erzeugung von Nanofasern und Mikrofasern erwiesen. Die Durchgänge könnten in einem Abstand von einem Zentimeter voneinander positioniert sein. Denkbar ist auch, dass die Durchgänge in mehreren Reihen übereinander angeordnet sind. Hierdurch ist der Durchsatz an Faserrohmaterial auf besonders einfache Weise steigerbar. Durch Verringerung oder Vergrößerung des Durchmessers ist es möglich, Nano- bzw. Mikrofasern im Bereich von 0,3 bis 500 m zu erzeugen.
Das Behältnis kann mit bis zu 25.000 Umdrehungen pro Minute rotierbar sein. Durch diese hohe Drehzahl ist es möglich, Nanofasern mit einem Durchmesser von höchstens 100 nm zu erzeugen. Üblicherweise werden Nanofasern durch ein elektrisches Spinnverfahren unter Verwendung eines elektrischen Feldes erzeugt. Durch eine geeignete konstruktive Ausgestaltung des Behältnisses sowie sehr hohe Umdrehungszahlen ist es jedoch möglich, ohne elektrisches Feld Nanofasern zu erzeugen. Durch Wahl der Rotationsgeschwindigkeit und Viskosität des Faserrohmaterials können auch Fasern mit größerem
Durchmesser erzeugt werden.
Die durchschnittliche Verweilzeit des Faserrohmaterials kann in dem Behältnis so kurz sein, dass die Faserrohmaterialien und/ oder die biologisch aktiven Substanzen nicht in unerwünschter Weise verändert werden. Daher nimmt die Verwendbarkeit des Fasermaterials oder die biologische Aktivität der Substanz auch bei einer hohen Temperatur nicht signifikant ab. Bevorzugt ist die durchschnittliche Verweilzeit kürzer als 100 oder 10 Sekunden, besonders bevorzugt kürzer als 1 Sekunde oder 100 Mikrosekunden und ganz besonders bevorzugt kürzer als 0 oder 2 Mikrosekunden. Bei derartig kurzen
Verweilzeiten können überraschenderweise auch biologisch aktive Substanzen wie Proteine, hitzeinstabile Antibiotika, Wachstumsfaktoren oder Zellen in Fasern eingearbeitet werden, insbesondere auch in hitzeempfindliche
Faserrohmaterialien. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden hitzeinstabile Substanzen in hitzeinstabile Fasern eingearbeitet. Es wurde festgestellt, dass sich die in DE 102005048939 A1 beschriebenen
Vorrichtungen so einstellen lassen, dass die bevorzugten kurzen Verweilzeiten erzielt werden können.
Das Behältnis kann auf 300° C erwärmbar sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhaft eine Verwendung nahezu aller thermoplastischen faserbildenden Werkstoffe als Faserrohmaterial. Hierbei ist denkbar, dass Polyester,
Polyamide, Polyurethane, Polylactide und Polyhydroxybutyrat/
Polyhydroxyvalerat-Copolymere sowie native Zucker, z.B. Saccharose, oder Mischungen aus den genannten Stoffen verwendet werden. Darüber hinaus könnte das Faserrohmaterial Polyolefine oder reaktive Polymere umfassen. Denkbar ist hierbei, dass Polypropylen, mit Acrylsäure gepfropftes Polypropylen und/ oder modifiziertes Polypropylen verwendet werden. Die Verwendung von biologisch abbaubaren Stoffen wie Gelatine als Faserrohmaterial ermöglicht die Erzeugung von Fasern, die problemlos entsorgbar sind. Des Weiteren können mit diesen Fasern medizinische Produkte wie Wundverbände oder
Zellwachstumsträger gefertigt werden. Alle genannten Stoffe können allein oder in Mischung mit anderen als Faserrohmaterial Verwendung finden.
Dem rotierenden Behältnis kann eine Ablageeinrichtung zur Aufnahme von Faserrohmaterial zugeordnet sein. Die Ablageeinrichtung kann als Plattform ausgestaltet sein, auf der die Fasern zur Bildung eines Faserflors oder Vlieses abgelegt werden können. Denkbar ist auch, dass die Ablageeinrichtung eine rotierende Einrichtung ist, auf welcher Fasern zur Beschichtung eines zylindrischen Körpers oder zur Erzeugung eines Wickelvlieses aufgenommen werden.
Zwischen der Ablageeinrichtung und dem Behältnis kann eine elektrische Potentialdifferenz bestehen. Diese konkrete Ausgestaltung erlaubt die Fertigung von elektrostatisch aufgeladenen Fasern. Des Weiteren ist denkbar, dass die elektrische Potentialdifferenz zur
Unterstützung der Herstellung von Nanofasern verwendet wird. Hierbei addieren sich die Effekte der Zentripetalkräfte und des elektrischen Feldes, d.h. das Faserrohmaterial wird einerseits durch die Zentripetalkräfte in dünnen Fäden tangential vom rotierenden Behältnis weg geschleudert und des
Weiteren durch das elektrische Feld ggf. noch weiter aufgesplittet. Insoweit ist denkbar, einen Fertigungsprozess zu realisieren, durch welchen Fasern im Nanometerbereich herstellbar sind.
Das Faserrohmaterial kann bereits in fluidisierter Form in das Behältnis eingebracht werden. Hierdurch ist es möglich, einen kontinuierlichen Prozess durchzuführen, indem nämlich das Faserrohmaterial außerhalb des
Behältnisses erwärmt wird. Denkbar ist jedoch auch, das Faserrohmaterial erst zu fluidisieren, nachdem es in das Behältnis eingebracht wurde. Allgemein sollen im Folgenden zunächst einige wichtige Aspekte bzgl. der Enzymabhängigkeit erklärt werden.
Die normale Wundheilung ist in zeitlich unterschiedliche Phasen unterteilt: 1.) Blut Koagulation
2. ) Vascular Response
3. ) inflamatorische Phase
4. ) proliferative Phase
5. ) Remodellierung
6.) Umbau der primär gebildeten extrazellularen Matrix
Während der inflamatorischen Phase wandern immunabwehr-typische Zellen, wie z. B. Neutrophile, Makrophagen und Lymphocyten, in die Wunde. Des Weiteren findet in dieser Phase die Aktivierung der Immunabwehrzellen und die Produktion verschiedener Enzyme und Proteine statt. In dieser Phase werden insbesondere Metallomatrixproteasen (MMP's: z.B. Kollagenasen) synthetisiert und aktiviert, die die Aufgabe haben, beschädigtes Gewebe, also natürliche Polymere, wie Kollagen und Gelatine, abzubauen. Es existieren ca. 20 verschiedene Kollagenasen, wie z. B. die Gelatinasen und Elastasen, usw.. Diese MMP's zerkleinern die natürlichen Polymere an konkreten Aminosäuresequenzen in Kombination mit der Konformation
(dreidimensionale Struktur des Polymers) und besitzen eine sehr hohe
Spezifizität. Diese Enzyme werden in späteren Wundheilungsphasen (proliferative Phase, Remodellierung und Umbau der extrazellularen Matrix) ebenfalls von den jeweils beteiligten Zellen produziert und ausgeschüttet.
Anschließend folgt eine proliferative Phase, während die Produktion neuer extrazellularer Matrix und später eine Epithelisierung erfolgt. Die tatsächlichen Konzentrationen der Enzyme hängen sowohl von der Wunde selbst, als auch vom Ort und dem jeweiligen Patienten ab.
Speziell bei chronischen Wunden kann eine stark erhöhte Konzentration an MMP nachgewiesen werden, und somit erfolgt ein schnellerer Abbau der natürlichen Polymere wie z.B. Kollagen und Gelatine.
Wird nun ein Implantat aus natürlichen Polymeren, wie Gelatine oder Kollagen, in eine Wunde eingebracht, so hängt deren Abbau stark von der MMP
Konzentration ab und schwankt in Abhängigkeit von der vorliegenden Wunde und vom Patienten.
Des Weiteren ist die Resorption von natürlichen Polymeren extrem abhängig vom Anwendungsort im Körper und vom Organismus. Dies führt zu einer begrenzten Wirkung, da die Resorptionszeit oftmals nur sehr kurz ist und die biologisch aktive Substanz anschließend nicht mehr vom Körper und/oder der Haut aufgenommen werden kann.
Der Abbau des natürlichen Polymers bzw. der biologischen Substanz kann chemisch, mechanisch, biologisch oder enzymatisch erfolgen. Neben der rein hydrolytischen Kettenspaltung verläuft der Abbau enzymatisch. Bei diesem Abbau ist nachteilig, dass der Abbau mit einem schnellen Verlust der mechanischen Stabilität verbunden ist. Die Verwendung von natürlichen Polymeren ist ungünstig, da natürliche
Polymere von vielen Mikroorganismen erkannt werden und verstoffwechselt werden können. Daher können natürliche Polymere als Nährboden für unerwünschte Kontamination durch Bakterien oder Keime dienen. Folglich ist die Lagerung von Vliesstoffen aus natürlichen Polymeren kritisch.
Daher wurden auf der Suche nach geeigneten Vliesstoffen, Vliesstoffe aus synthetischen Materialien berücksichtigt, da diese eine höhere mechanische Stabilität und längere Verweilzeit aufweisen.
Im menschlichen oder tierischen Körper kommen Implantate unweigerlich mit Körperflüssigkeiten wie Blut und Plasma in Berührung. Im Blut und Plasma liegen mehr als 200 unterschiedliche Proteine in ihrer natürlichen Konformation vor. Diese unterschiedlichen Proteine weisen verschiedene zellspezifische Erkennungs/Signal- Motive an bestimmten Proteinpositionen auf.
Unter Erkennungs/Signal-Motive werden spezielle Proteine, Peptide,
Proteoglycane oder kurze Fragmente verstanden. In der natürlichen
Konformation sind diese Erkennungs/Signal-Motive entweder für Zellen zugänglich auf der Oberfläche des Moleküls bzw. Proteins, oder unzugänglich im Inneren des Moleküls bzw. Proteins. Im Falle des Kontaktes eines Implantats mit Körperflüssigkeiten erreichen die Erkennungs/Signal- Motive die Implantat- und/oder Vliesstoffoberfläche wesentlich schneller als Zellen. Diese unterschiedlichen Erkennungs/Signal- Motive adsorbieren an der
Oberfläche in vielen verschiedenen Konformationen und Orientierungen sowohl in nativer als auch in denaturierter Form. Ein adsorbierter Film ist zusätzlich noch zeitlichen Änderungen unterworfen. Hierdurch werden den
unterschiedlichen Zellen eine Vielzahl unterschiedlichster Erkennungs/Signal- Motive angeboten. Diese kommunizieren mit den Zellen und lösen so verschiedenste Reaktionen aus.
Die Zellen wiederum kommunizieren mit dem Organismus (Körper). Sowohl die zur Implantatintegration benötigten Zellen stehen in Konkurrenz zu anderen
Zellen als auch die Heilungsprozesse zu zahlreichen anderen Prozessen.
Dieser Vorgang wird als unspezifische Proteinadsorption bezeichnet und stellt ein„Background noise" dar. Die unspezifische Proteinadsorption tritt bei allen
Implantaten auf und führt zur Abstoßung. Es kann ein Versagen der Implantate erfolgen. Folglich stehen die unspezifische Proteinadsorption und der gewünschte Heilungsprozess bzw. die Implantatintegration in Konkurrenz zu einander.
Es kann durch chemische Modifizierung bewirkt werden, dass unspezifische sowie unerwünschte Wechselwirkungen zwischen Vliesstoff und einem lebenden Organismus minimiert werden und gegebenenfalls spezifische Wechselwirkungen induziert werden.
Es wurde erkannt, dass der Vliesstoff derart modifiert werden kann, dass er die unspezifische Proteinadsorption minimiert.
Desweiteren wurde erkannt, dass ein synthetisch verarbeiteter Vliesstoffen wesentlich unempfindlicher gegenüber enzymatischen Spaltprozessen sein kann. Dies ermöglicht einen einheitlichen Resorptionsprozess, der unabhängig vom Organismus und zum Teil vom Einsatzort ist. Ein weiterer Vorteil beim Einsatz synthetischer Polymere ist ihre Unempfindlichkeit gegenüber Keimen und Bakterien. Dies erleichtert ihre Lagerung und Verarbeitung.
Als synthetische Polymere können eine Vielzahl von verschiedenen Materialien eingesetzt werden. Diese synthetisch resorbierbaren Polymere werden vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus: Polylactid (PLA), Polyglycolid (PGA), Polycaprolacton (PCL), Polyhydroxybuttersäure (PHB),
Polyhydroxyvalerat, Polydioxanonsäure (PDS), Polyesteramid (PEA),
Trimethylencarbonat (TMC), Polyanhydrid, Polyorthoester, Polyphosphoester, Siliziumverbindungen (z.B. Si02), Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyethylen (PE), Polypropylen und Blends dieser Polymere und/oder Copolymere dieser Stoffe ausgewählt, wobei zumindest ein synthetisches Polymer in unmodifizierter und/oder modifizierter Form vorliegt.
Neben der Unempfindlichkeit gegenüber Keimen und Bakterien kann der Vliesstoff, welcher aus synthetischem Polymer hergestellt wurde, eine erhöhte mechanische Stabilität aufweisen, insbesondere eine erhöhte initiale Festigkeit und Naßstabilität. Dies hat den Vorteil, dass mit einem Vliesstoff aus einem synthetischen Polymer ein kontrollierter Abbau über die gesamte
Anwendungsdauer möglich ist.
Poly-D-Lactid (PDLA) weist eine gute Beanspruchbarkeit, geringe Flexibilität und eine langsame, biologische Degradation auf, wohingegen Poly-L-Lactid (PLLA) eine mäßige Beanspruchbarkeit, gute Flexibilität und eine schnelle, biologische Degradation zeigt. Poly-(D, L)-Lactid (PDLLA) ist mäßig
beanspruchbar und verfügt über eine gute Flexibilität und eine schnelle biologische Degradation. Polyglycolide (PGA) haben den Vorteil, dass sie exzellent beanspruchbar und schnell biologisch degradierbar sind. Ihre
Flexibilität ist gering. Polycaprolactone (PCL) sind ausreichend beanspruchbar, mäßig biologisch degradierbar und sehr flexibel. Polyhydroxybuttersäuren (PHB), Polyhydroxyvalerate, sowie Polydioxansäuren (PDS) besitzen eine ausreichende Beanspruchbarkeit, gute Flexibilität und eine gemäßigte, biologische Degradation. Polyesteramide (PEA) und Trimethylencarbonate (TMC) weisen eine mäßige Beanspruchbarkeit, exzellente Flexibilität und langsame Degradation auf. Denkbare thermoplastische faserbildende Werkstoffe sind Polyethylen und Polypropylen, die sich durch eine hervorragende Stabilität auszeichnen und aufgrund ihrer Inertheit eine Kompatibilität zu einer Vielzahl von
unterschiedlichen Geweben aufweisen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung enthält der Vliesstoff ein zweites Polymer, welches zur Modifizierung der
Fasereigenschaften geeignet ist, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus: Polyvinylalkohol (PVA), Polyethylenoxid (PEO), Polyethylenglycol (PEG), Polyglycidol, statistische Poly(ethylenoxid-co-propylenoxid)-Copolymere, Polyvinylpyrrolidon (PVP), Poly(2-Hydroxyethylmethacrylat, Polyacrylamid, Phosphorylcholinpolymere, Dextran, Hyaluronsäure, wobei die vorgenannten Polymere eine zusätzliche reaktive chemische Amin- (NH 2 -), Alkylamin- (NHR-), Isocyanat (NCO-), Thiol- (SH-), Hydroxyl- (OH-), Succimid-, Maleinimid-, Acrylat-, und/oder Methacrylatgruppen aufweisen. Vorteilhaft am Einsatz der zuvorgenannten Polymere ist, dass sie zur Modifizierung der
Fasereigenschaften in Bezug auf ihre unspezifische Proteinadsorption (non- fouling) geeignet sind. Die zusätzlichen reaktiven Gruppen ermöglichen sowohl die Vernetzung als auch die Immobilisierung der biologisch aktiven
Komponente. Folglich kann durch geeignete Wahl des Polymers ein Vliesstoff mit einer spezifischen biologischen Aktivität hergestellt werden.
Besonders bevorzugt ist der Einsatz von Dextran und Hyaloronsäure, die zur Modifizierung synthetischer Fasern geeignet sind und die unspezifische
Proteinadsorption minimieren.
Unter biologischer Aktivität wird eine gezielte biochemische, chemische, physikalische und/oder physiologische Wirkung auf einen biologischen Prozess verstanden. Denkbar wäre auch, dass die biologisch aktive Substanz einen biologischen Prozess initiieren kann.
Überraschenderweise wurde erkannt, dass sich beim Einsatz von
Polyethylenoxid, Polyvinylalkohol, Polyglycidol und Polyvinylpyrrolidon, die proteinadsorptionsminimierenden Stoffe ohne zusätzliche elektrische Felder während des Spinnprozesses an der Faseroberfläche anreichern und durch Kombination mit einer biologisch aktiven Substanz eine spezifische
Wechselwirkung ermöglichen.
So erfolgt die spezifische Steuerung der Zellen in Richtung des
Heilungsprozesses nur, wenn auf einer optimierten Oberfläche
Erkennungs/Signal-Motive in ihrer natürlichen Form angeboten werden. Bei der biologisch aktiven Substanz handelt es sich in diesem speziellen Fall um
Erkennungs/Signal-Motive, welche die spezifische Wechselwirkung hervorrufen.
Es wurde erkannt, dass das Anbieten der natürlichen Form durch das
Bereitstellen einer geeigneten chemischen Umgebung erfolgt. Hierzu werden Moleküle immobilisiert, die entweder direkt mit den Rezeptoren auf der
Zelloberfläche oder mit Proteinen einer extrazellulären Matrix wechselwirken können.
Auf der Zelloberfläche befinden sich Zellmembran-Adhäsions-Rezeptoren, die gezielt mit den speziellen Proteinen und/oder Fragmenten wechselwirken.
Aufgrund der Wechselwirkung wird eine spezielle Zellantwort ausgelöst.
So könnte je nach Anwendung zumindest eine biologisch aktive Substanz aus folgender Gruppe ausgewählt sein: Protein, Peptid, oder Proteinfragment (Erkennungs/Signal-Molekül). Diese biologisch aktiven Substanzen weisen eine hervorragende Substratspezifität auf. Die Proteinfragmente können aus einer Gruppe von circa 200 Proteinen ausgesucht werden, welche im Körper, Blut oder Plasma vorkommen. Bevorzugt wird die biologisch aktive Substanz aus einer Gruppe bestehend aus Kollagen, Fibronectin, Laminin, Osteonectin, Tenascin und Vitronectin oder deren Fragmenten ausgewählt. Besonders bevorzugt sind die passivierenden Proteine Albumin, Casein und Glycoproteine, wie z. B. insbesondere Mucin und Liposaccharide. Durch diese Substanzen wird die gezielte, spezifische
Proteinadsorption eingestellt.
Bei den kurzen aktiven Fragmenten handelt es sich um Peptidsequenzen dieser Proteine. Kurze Fragmente, wie auf RGD- basierte Fribronectin-Fragmente, sind besonders geeignet zur Behandlung von Weichgewebe- und
Knochendefekten.
Denkbare RGD- basierte Fribronectin-Fragmente sind DRRDS, RGDS,
GRGDSPK, GRGDS, GRGDTP oder GRGDC. Laminin basierte Fragmente, wie YIGSR, SIKVAV, LQVQLSIR, CDPGYIGSR, RNIAEIIKDI, CSRARKQAASIKVAVSAD eignen sich zur Behandlung von Nervenerkrankungen.
Zur Regeneration der Haut werden bevorzugt Kollagen oder Fibronektin basierte Fragmente verwendet.
Außerdem können auch als biologisch aktive Komponente aktive
Zuckermoleküle eingesetzt werden. Zu diesem Zweck werden insbesondere Heparin, Glycosaminoglycane wie Dermatansulfat, Hyaluronsäure oder
Keratinsulfat verwendet. Hierbei ist vorteilhaft, dass durch Abbau des Polymers die spezifische, aktive Substanz bzw. das Erkennungs/Signal-Motiv gezielt freigesetzt werden kann. Im Falle des Heparin ist zusätzlich die Komplexbildung mit Wachstumsfaktoren günstig zur kinetischen Steuerung von deren
Freisetzung.
Weiterhin können durch entsprechende Wahl des Erkennungs/Signal-Motivs spezifische Zellantworten auf einer non-fouling Oberfläche (unspezifische Proteinadsorption minimierende Oberfläche) induziert werden, sowie
unerwünschte Wechselwirkungen mit dem Organismus minimiert werden. Diese unspezifischen Wechselwirkungen zwischen Vliesstoff und Organismus sind Teil der Immunabwehr und führen in vielen Fällen zu Verkapselungen und anderen unerwünschten Reaktionen, die die beabsichtigte spezifische
Wechselwirkung beeinträchtigen oder sogar verhindern. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung werden nanoskalige biologisch aktive Substanzen verwendet. Diese weisen eine hohe Reaktivität auf und wechselwirken mit den Zellen. Dies ermöglicht eine kontrollierte Abgabefähigkeit der Wirksubstanz. Die Wahl der verwendeten Polymere kann das Benetzungsverhalten des Vliesstoffs beeinflussen. Praktische Versuche haben gezeigt, dass Vliesstoffe mit einem Kontaktwinkel von maximal 40 ° ein hervorragendes
Benetzungsverhalten aufweisen. Die Porosität des Vliesstoffs kann in weiten Bereichen schwanken.
Üblicherweise weist der Vliesstoff eine Porosität von mehr als 80 % auf.
Aufgrund dieser hohen Porosität des Vliesstoffs weist dieser eine ausreichend große Oberfläche auf, wodurch eine gute Durchwanderung mit Zellen sowie ein ausreichender Stofftransport (metabolische Abfallprodukte sowie Nährstoffe) erzielt werden kann. Der erfindungsgemäße Vliesstoff eignet sich für medizinische Anwendungen. Die Verwendungen als Zellwachstumsträger in-vitro oder in-vivo sind denkbar. Ebenfalls hervorragend geeignet ist der Vliesstoff zum Einsatz als strukturelles Gerüst im Bereich der Gewebekonstruktion bzw. Gewebezüchtung (Tissue Engineering Scaffold). Insbesondere im Bereich der Wirkstofffreisetzung, zur Auffüllung von Weichgewebedefekten und zur Abdeckung von
Knochendefekten ist dieser Vliesstoff geeignet.
Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Ansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläuterung bevorzugter Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Vliesstoffs anhand der Zeichnung zu verweisen.
In Verbindung mit der Erläuterung der bevorzugten Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1 eine Lichtmikroskop-Aufnahme eines beschriebenen Vliesstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 1 ,
Fig. 2 eine Lichtmikroskop-Aufnahme eines beschriebenen Vliesstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 2 und eine Lichtmikroskop-Aufnahme eines beschriebenen Vliesstoffs gemäß Ausführungsbeispiel 3.
Fig. 4 Darstellung des Massenverlusts von Vliesstoffen in Abhängigkeit von der Zeit.
Ausführung der Erfindung
Ausführungsbeispiel 1 : Ein Vliesstoff mit Silber als antimikrobiellem Stoff wird durch ein
Rotationsspinnverfahren wie folgt hergestellt:
Zunächst wird eine 25%ige Polyvinylpyrrolidon-Lösung hergestellt. Zur
Verwendung kommt ein Polyvinylpyrrolidon des Typs Kollidon 90 F der Firma BASF AG. Das Polyvinylpyrrolidon wird in Wasser mit Hilfe eines
Magnetrührers gelöst, auf 60°C erhitzt und eine Stunde lang mit Ultraschall behandelt (IKA, Germany). Der Polyvinylpyrrolidon-Lösung werden 1000 ppm nanoskalige Silberpartikel zugegeben. Es wurden Silberpartikel der Firma Aldrich (Nanopulver <100 nm Partikelgröße) verwendet. Diese Mischung wird weitere 60 Minuten mit dem Ultraschallbad bei 60° C homogenisiert. Hierdurch entsteht eine Endkonzentration von 40 mg Silber /(kg Polyvinylpyrrolidon- Lösung). Die Partikel des Silbers können in der Polyvinylpyrrolidon-Lösung Agglomerate bilden, die durch Rühren der Polyvinylpyrrolidon-Lösung aufgelöst werden.
Die Polyvinylpyrrolidon-Lösung wird bei 60° C mittels einer Schlauchpumpe als Faserrohmaterial in das Behältnis einer Vorrichtung zum Rotationsspinnen gemäß der DE 102005048939 A1 geführt. Das Behältnis hat eine Temperatur von ca. 70° C und rotiert mit einer Drehzahl von 4500 U/Minuten. Im Behältnis befinden sich Ausnehmungen, die als Löcher mit einem Durchmesser von 0,3 mm ausgestaltet sind. Durch die
Zentripetalkraft wird das Faserrohmaterial durch die Ausnehmungen gepresst und zu Fasern gesponnen, die durch eine Absaugeinrichtung verstreckt werden. Die Absaugeinrichtung befindet sich unterhalb des Behältnisses. Es wird ein antimikrobiell wirksamer, bioresorbierbarer Vliesstoff aus
Polyvinylpyrrolidon erhalten. Der Vliesstoff aus Polyvinylpyrrolidon wird entweder während des Spinnprozesses oder anschliessend vernetzt. Eine anschliessende Vernetzung kann z.B. über eine Strahlenvernetzung (Gammastrahlung oder Elektronenbestrahlung) unter Verwendung sterilisationsüblicher Dosen (25 kGy) erfolgen.
Zur weiteren Charakterisierung des Vliesstoffes wurden zusätzlich weitere Parameter bestimmt. Die Faserdurchmesser wurden mit Hilfe eines Zeiss Stemi 2000-C Mikroskops bestimmt. Hierfür wurde der Mittelwert aus zehn
Einzelmessungen gebildet. Es ergibt sich ein Faserdurchmesser von 14±6 pm für den in Ausführungsbeispiel 1 hergestellten Vliesstoff. Zur Bestimmung des Flächengewichts wurden 10x10 cm Vliesstoffproben verwendet, wobei das Gewicht der Probe mit einer Mikroanalysewaage der Firma Sartorius (Modell Acculab VIC-123) erfolgte. Es ergab sich ein
Flächengewicht von 200 g/m 2 . Mittels eines Dickenmessgerätes der Firma Schräder gemäß DIN EN ISO 9073- 2 wurde für den Vliesstoff eine Dicke von 3 mm gemessen.
Die Porosität wurde mittels folgender Formel ermittelt: m Vlies
P Vlies viies
ε = 1 - V
= 1 -
P ßulk P a · (m a + m b ) + P b · (m a + m b ) ε: Porosität
Masse des Polymers A (hier PVP) rti b : Masse des Polymers B (entfällt in Ausführungsbeispiel 1)
m iies: Masse des Vliesstoffs
p iies: Dichte des Vliesstoffs
PBuik- ' Dichte des Bulks
p a : Dichte des Polymers A (hier PVP)
pt,: Dichte des Polymers B (entfällt in Ausführungsbeispiel 1)
Vviies: Volumen des Vliesstoffs Der erhaltene Vliesstoff weist eine Porosität von 0,951 auf, sowie einen mittleren Porenradius von 0,18621 mm. Die Berechnung des mittleren
Porenradius erfolgte gemäß S. J. Eichhorn, W. W. Sampson, Statistical geometry of pores and statistics of porous nanofibrous assemblies, J. R. Soc. Interface, 2005, 2, 309-318.
Die Faseroberfläche wurde mittels folgender Formel berechnet:
Die Gesamtoberfläche beträgt 423.280 mm 2 .
Der Kontaktwinkel des Vliesstoffs wurde mit einem Goniometer G40 (Krüss) mittels eines Sessile-Drop-Verfahrens bestimmt. Hierzu werden Wasserstropfen auf die Vliesoberfläche gebracht und der Kontaktwinkel nach 10 s gemessen. Der ermittelte Kontaktwinkel weist einen Winkel kleiner 30° auf.
Andere Möglichkeiten zur Vernetzung sind z.B. die Zugabe von 250 mg
Irgacure 2022 und Bestrahlung mit einer 500 W UV-Lampe über einen Zeitraum von mehreren Stunden oder die Zugabe von einem Milliliter 32%iger HCl zur Spinnlösung und anschliessende Behandlung mit Formaldehyd in der
Gasphase. Ein auf diese Weise behandelter Vliesstoff aus Polyvinylpyrrolidon ist über einen längeren Zeitraum (> 2 Stunden) wasserstabil.
Der in Ausführungsbeispiel 1 hergestellte Vliesstoff ist zur Wirkstofffreisetzung (Antiseptika) geeignet .
Gemäß einer Charakterisierung nach ICP (gemäß EN ISO 11885) beträgt die Silberkonzentration im Vliesstoff 32 mg/kg. Fig. 1 zeigt eine
Mikroskopaufnahme des hier beschriebenen Vliesstoffs.
Ausführungsbeispiel 2: Ein Vliesstoff mit minimierter unspezifischer Proteinadsorption wird durch ein Rotationsspinnverfahren wie folgt hergestellt:
Zunächst wird eine 5%ige Hexakis(undeka(ethylenglycol))-succinimidylester/2- aMinuteno-N1 ,N5-bis(15,20-dioxo-2, 5,8,11-tetraoxa-14,19-diazahenicosan-21- yl)-N1 , N5-di(2,5,8,11-tetraoxatridecan-13-yl)pentandiamid-Lösung hergestellt. Hierzu werden Hexakis(undeka(ethylenglycol))-succinimidylester des Typs PEG2060 mit einem Molekulargewicht (M w ) von 4215,07 g/mol und 2- aMinuteno-N1 ,N5-bis(15,20-dioxo-2,5,8,11-tetraoxa-14,19-diazahenicosan-2 1- yl)-N1 ,N5-di(2,5,8,11-tetraoxatridecan-13-yl)pentandiamid des Typs PEG0173 mit einem Molekulargewicht (Mw) von 1190 g/mol (beide von der Fima IRIS Biotech GmbH) in Aceton gelöst (Massenverhältnis 10/1).
Zu dieser Lösung werden 25 Gewichtsprozent Poly(D,L-lactid-co-glycolid) gegeben. Zur Verwendung kommt ein Poly(D,L-lactid-co-glycolid) 50:50 des Typs Resomer RG 504 der Firma Boehringer Ingelheim GmbH & Co. KG. Die Poly(D,L-lactid-co-glycolid)-Lösung wird mit Hilfe eines Ultra-Turrax (IKA, Germany) mit 22000 Umdrehungen für 60 Sekunden homogenisiert.
Die Poly(D,L-lactid-co-glycolid)/Hexakis(undeka(ethylenglycol))/ 2-aMinuteno- N1 ^5-015(15,20^10X0-2,5,8,11-tetraoxa-14,19-diazahenicosan-21- yl)-N1 , N5- di(2,5,8,11-tetraoxatridecan-13-yl)pentandiamid-succinimidyl ester-Lösung wird bei Raumtemperatur (23°C) mittels einer Schlauchpumpe als Faserrohmaterial in das Behältnis einer Vorrichtung zum Rotationsspinnen gemäß der DE
102005048939 A1 geführt.
Das Behältnis hat eine Temperatur von ca. 70°C und rotiert mit einer Drehzahl von 4500 U/Minuten. Im Behältnis befinden sich Ausnehmungen, die als Löcher mit einem Durchmesser von 0,3 mm ausgestaltet sind. Durch die
Zentripetalkraft wird das Faserrohmaterial durch die Ausnehmungen gepresst und zu Fasern gesponnen, die durch eine Absaugeinrichtung verstreckt werden. Die Absaugeinrichtung befindet sich unterhalb des Behältnisses.
Zur Charakterisierung des erhaltenen Vliesstoffs wurde analog zu
Ausführungsbeispiel 1 der Faserdurchmesser, Flächengewicht, Dicke der Probe, Porosität, mittlerer Porenradius, Gesamtoberfläche und der
Kontaktwinkel bestimmt.
Der erhaltene Faserdurchmesser beträgt 60 ± 32 pm. Der in
Ausführungsbeispiel 2 hergestellte Vliesstoff weist ein Flächengewicht von 100 g/m 2 sowie eine Dicke von 1 ,2 mm und eine Porosität von 0,933 auf. Es wurde ein mittlerer Porenradius von 0,56870 mm, sowie eine Gesamtoberfläche von 54,201 mm 2 und ein Kontaktwinkel kleiner 30 ° bestimmt.
Der in Ausführungsbeispiel 2 hergestellte Vliesstoff vermeidet die Bildung von Verwachsungen (Barriereschicht). Der Vliesstoff wurde mit einem Lichtmikroskop charakterisiert. Fig. 2 zeigt eine Mikroskopaufnahme des hier beschriebenen Vliesstoffs. Die minimisierte Proteinadsorption des Vliesstoffes wurde wie in D. Grafahrend. J. LIeixa Calvet, J. Salber, P. D. Dalton, D. Klee, M. Möller,„Control of hydrophilicity and protein adsorption on biofunctionalizable nanofiber scaffolds for tissue engineering", Biotech Bioeng, 2008, 101 (3), 609-621 beschrieben, mit Hilfe von zwei
Modellproteinen gezeigt. Ausführungsbeispiel 3:
Ein Vliesstoff mit minimierter unspezifischer Proteinadsorption und
immobilisierten Peptidsequenzen zur Adhäsionsförderung von Fibroblasten wird durch ein Rotationsspinnverfahren wie folgt hergestellt:
Zunächst wird eine 5%ige Hexakis(undeka(ethylenglycol))-succinimidylester/2- aMinuteno-N1 ,N5-bis(15,20-dioxo-2,5,8,11-tetraoxa-14,19-diazahenicosan-2 1- yl)-N1 ,N5-di(2, 5,8,11-tetraoxatridecan- 3-yl)pentandiamid-Lösung hergestellt. Hierzu werden Hexakis(undeka(ethylenglycol))-succinimidyl ester des Typs PEG2060 mit einem Molekulargewicht (M w ) von 4215,07 g/mol und 2- aMinuteno-N1 ,N5-bis(15,20-dioxo-2, 5,8,11-tetraoxa-14,19-diazahenicosan-21- yl)-N1 ,N5-di(2,5,8,11-tetraoxatridecan-13-yl)pentandiamid des Typs PEG0173 mit einem Molekulargewicht (Mw) von 1190 g/mol (beide von der Fima IRIS Biotech GmbH) in Aceton gelöst (Massenverhältnis 10/1).
Zu dieser Lösung werden 25 Gewichtsprozent Poly(D,L-lactid-co-glycolid) gegeben. Zur Verwendung kommt ein Poly(D,L-lactid-co-glycolid) 50:50 des Typs Resomer RG 504 der Firma Boehringer Ingelheim GmbH & Co. KG. Die Poly(D,L-lactid-co-glycolid)-Lösung wird mit Hilfe eines Ultra-Turrax (IKA, Germany) mit 22000 Umdrehungen für 60 Sekunden homogenisiert. Zu dieser Lösung wird ein Äquivalent (bezogen auf
Hexakis(undeka(ethylenglycol))-succinimidylester) der Peptidsequenz RGD (Peptid aus den drei AMinutenosäuren Arginin, Glycin und Asparaginsäure, kurz Arg-Gly-Asp, des Typs H-1830 von der Firma Bachem) gelöst in 0,2 ml Dimethylsulfoxid und 30 μΙ Wasser zugegeben und erneut mit Hilfe des Ultra- Turrax homogenisiert.
Die Poly(D,L-lactid-co-glycolid)/Hexakis(undeka(ethylenglycol))/ 2-aMinuteno- N1 ,N5-bis(15,20-dioxo-2,5,8,11-tetraoxa-14,19-diazahenicosan-2 1-yl)-N1 ,N5- di(2,5,8,11-tetraoxatridecan-13-yl)pentandiamidsuccinimidyle ster/RGD-Lösung wird bei Raumtemperatur (23°C) mittels einer Schlauchpumpe als
Faserrohmaterial in das Behältnis einer Vorrichtung zum Rotationsspinnen gemäß der DE 102005048939 A1 geführt.
Das Behältnis hat eine Temperatur von ca. 70° C und rotiert mit einer Drehzahl von 4500 U/Minuten. Im Behältnis befinden sich Ausnehmungen, die als Löcher mit einem Durchmesser von 0,3 mm ausgestaltet sind. Durch die
Zentripetalkraft wird das Faserrohmaterial durch die Ausnehmungen gepresst und zu Fasern gesponnen, die durch eine Absaugeinrichtung verstreckt werden. Die Absaugeinrichtung befindet sich unterhalb des Behältnisses.
Zur Charakterisierung des erhaltenen Vliesstoffs wurde analog zu
Ausführungsbeispiel 1 der Faserdurchmesser, Flächengewicht, Dicke der Probe, Porosität, mittlerer Porenradius, Gesamtoberfläche und der
Kontaktwinkel bestimmt.
Der erhaltene Faserdurchmesser beträgt 23 ± 8 pm. Der in Ausführungsbeispiel 3 hergestellte Vliesstoff weist ein Flächengewicht von 90 g/m 2 , sowie eine Dicke von 0,9 mm und eine Porosität von 0,919 auf. Es wurde ein mittlerer Porenradius von 0,17860 mm, sowie eine Gesamtoberfläche von 127,253 mm 2 und ein Kontaktwinkel kleiner 30 0 ermittelt.
Der Vliesstoff gemäß Ausführungsbeispiel 3 findet seinen Einsatz im Bereich der kosmetischen Chirurgie. In diesem Fall zur Auffüllung von
Weichgewebedefekten.
Der Vliesstoff wurde mit einem Lichtmikroskop charakterisiert. Die Zellversuche zur Besiedelung mit Fibroblasten und Charakterisierung des Vliesstoffs wurde wie in D. Grafahrend. J. Lleixa Calvet, J. Salber, P. D. Dalton, M. Möller, D. Klee, Biofunctionalized nanofibers based on resorbable poly(ethylene glycol)-b- polyesters for tissue engineering, J. Mater. Sei. Mater. Med., 2008, 19 (4), 1479-1484 beschrieben durchgeführt. Die Fig. 3 zeigt eine Mikroskopaufnahme des hier beschriebenen Vliesstoffs nach 24 Stunden in Zellkultur und
Besiedelung mit humanen Fibroblasten.
Der Massenverlust der Vliesstoffe gemäß der Ausführungsbeispiele 1 bis 3 und weiterer Vergleichsbeispiele (Referenzen) wurde über einen Zeitraum von drei Monaten unter physiologischen Bedingungen (in Phosphat-gepufferter, physiologischer Kochsalz-Lösung (PBS-Puffer), pH 7,4 und 37°C) bestimmt.
Vliesstoffproben mit einer mittleren Masse von 100 mg wurden hierzu mit 1 ,5 ml PBS-Puffer inkubiert. Der Abbau der Proben wurde in Eppendorfröhrchen auf einem Heidolph Polymax 1040 Inkubator für 12 Wochen bei 37° C untersucht.
Die Rotationsgeschwindigkeit betrug 150 s "1 . Der pH-Wert wurde wöchentlich überprüft und bei pH-Wert-Änderungen von mehr als 0,2 wurde der Puffer komplett ausgetauscht . Nach Entnahme der Eppendorfröhrchen zu den jeweiligen Zeitpunkten wurde die überstehende Pufferlösung entfernt. Im Anschluss daran wurden die Proben jeweils dreimal für 20 Minuten in destilliertem Wasser gewaschen. Danach wurden die Proben getrocknet und die verbleibende Probenmasse bestimmt. Die mittlere Probenmasse für die jeweiligen Zeitpunkte wurde aus drei Einzelproben bestimmt.
In Fig. 4 ist der Massenverlust von Vliesstoffen in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Neben der Bestimmung des Massenverlusts der in den
Ausführungsbeispielen 1 bis 3 hergestellten Vliesstoffe, wurden zusätzlich als Vergleichsbeispiele der Massenverlust von einem reinen Gelatinevlies
(Referenz 1) und einem chemisch vernetzen Gelatinevlies (Referenz 2) bestimmt. Das reine Gelatinevlies (natürliches Polymer) wurde im Vakuum bei 140° C für 48 h physikalisch vernetzt .
Die chemische Vernetzung von Referenz 2 erfolgte durch Zugabe von
Polyethylenglycoldiglyciylether (0,8 Äquivalente bezogen auf die Lysine der Gelatine).
Zur Prüfung der Proteinadsorptionseigenschaften der Fasern wurden jeweils 5 mg der zu untersuchenden Proben in destilliertem Wasser benetzt und mit 500 μΙ einer Fluoreszenz-markierten BSA-Lösung (50 pg/ml Bovine Serum Albumin Rhodaminrot-Konjugat) für 20 Minuten inkubiert. Anschließend wurden die Proben dreimal gründlich in PBS-Puffer (pH 7,4) für zehn Minuten gewaschen. Nach erneutem Waschen der Probe mit destilliertem Wasser wurden diese mit Stickstoff getrocknet und mit einem Mikroskop (Zeiss, Axioplan) mit
Fluoreszenzfiltern ausgewertet. Während reine Polylactid-co-glycolid-Fasern (PLGA) (Positivkontrolle) starke Fluoreszenz zeigten, war auf den Proben der Ausführungsbeispiele 2 und 3 keine Fluoreszenz zu erkennen. Dies zeigt, dass das Bovine Serum Albumin Rhodaminrot-Konjugat nicht auf den Faseroberflächen adsorbiert wurde.
Die Untersuchung der Proteinadsorption wurde wie in D. Grafahrend, J. Lleixa Calvet, K. Klinkhammer, J. Salber, P. D. Dalton, M. Möller, D. Klee, Control of Protein Adsorption on Functional Electrospun Fibers, 2008, Vol. 101 (3), 609- 621 durchgeführt.
Es wurden mit Proben der Ausführungsbeispiele 2 und 3
Zellkulturuntersuchungen durchgeführt. Hierzu wurden Proben mit einem Durchmesser von 0,5 cm mit 600.000 Fibroblasten (Zellinie L929) besiedelt und für 24h kultiviert. Die Versuche wurden in DMEM (dulbeccos modified eagle medium) unter Zusatz von 1% FCS (Fetal Calf Serum) durchgeführt.
Während auf der Probe zu Ausführungsbeispiel 2 (Fig. 2) keine Zellen beobachtet wurden, konnten auf der Probe zu Ausführungsbeispiel 3 (Fig. 3) zahlreiche adhärente Zellen identifiziert werden.
Die Versuche erfolgten unter Zugabe von FCS, also in Anwesenheit der typischen Proteine. Die Abwesenheit der Fibroblasten auf der Probe gemäß Ausführungsbeispiel 2 zeigt die Abwesenheit unspezifischer Proteinadsorption. Die Anwesenheit von Fibroblasten auf der Probe gemäß Ausführungsbeispiel 3 weist durch die vorhandenen Erkennungs/Signal-Motive (in diesem Fall RGD induzierte, spezifische Zellreaktionen/Zellantworten) auf funktionalisierte Fasern hin.
Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Lehre wird einerseits auf den allgemeinen Teil der Beschreibung und andererseits auf die beigefügten Patentansprüche