Keratoplastik: Nanoklebstoff auf Basis von Biomakromolekülen erscheint vielversprechend

Ein Forschungsteam des Augen- und HNO-Krankenhauses der Universität Fudan, Shanghai, China, hat einen neuartigen biokompatiblen Nanoklebstoff für Hornhauttransplantationen entwickelt.

Der Nanoklebstoff basiert nach Angaben der Forscher auf tetraedrischen Gerüstnukleinsäuren in Kombination mit funktionalisierten polykationischen rekombinanten Proteinen. Diese Zusammensetzung minimiert den Wissenschaftlern zufolge das mit Polymerklebstoffen verbundene Risiko von Gewebenekrosen und Entzündungen. Gleichzeitig hemme diese Mischung das Bakterienwachstum und fördere die Gewebereparatur. Die Wissenschaftler betonen, dass eine Entwicklung sicherer und effizienter Gewebeklebstoffe für die ophthalmologische Praxis aber dringend erforderlich ist, um traumatische Nahtoperationen zu vermeiden.

Polymerklebstoffe zeigen Nebenwirkungen

Bislang zur Gewebereparatur verwendete Polymerklebstoffe, so heißt es weiter, sind in der Anwendung bei der Adhäsion von Augengewebe, insbesondere bei Hornhauttransplantationen, noch immer auf das vorklinische Stadium beschränkt. Zudem könnten Polymerklebstoffe zu chemischen Schäden an Zellen und der extrazellulären Matrix führen. Da die Hornhaut ein avaskuläres Gewebe mit geringer Zelldichte ist, würden diese Nebenwirkungen von Polymerklebstoffen bei der Anwendung zur Reparatur von Hornhautgewebe verstärkt. Das führe zu Problemen wie verzögerter Wundheilung, Entzündung, Neovaskularisierung und sogar Nekrose.

Nanoklebstoff verbessert Hornhautreparaturprozess

Die Forscher berichten in ihrer Arbeit über eine neuartige Strategie zur Herstellung von Nanoklebstoffen aus tetraedrischen Gerüstnukleinsäuren und funktionalisierten polykationischen rekombinanten Proteinen (K72). In das Klebstoffsystem wurde ein starres tetraedrisches Nukleinsäuregerüst eingeführt, um herkömmliche anorganische Nanopartikel zu ersetzen und die Biokompatibilität zu verbessern. Darüber hinaus kann dieses negativ geladene 3-D-DNA-supramolekulare Gerüst, den Wissenschaftlern zufolge, die Adsorption des polykationischen Proteins K72 auf seiner Oberfläche steuern und sich schließlich zu einer käfigartigen Nanostruktur mit einer positiv geladenen Oberfläche zusammensetzen. Diese könne effizient auf der Hornhaut adsorbiert werden und biete eine Haftfestigkeit von 2,3 kPa. In in-vitro-Tests zeigte der Nanoklebstoff eine ausgezeichnete Zellverträglichkeit. Zudem konnte bei 50 μg/ml keine Hemmung der Zellaktivität beobachtet werden. Das zusammengesetzte K72 zeigte eine 20-mal höhere antibakterielle Wirkung als freies K72. Auch Tierstudien bestätigten, so die Forscher, dass der Nanoklebstoff Wundinfektionen und Gefäßbildung wirksam verhindert, ohne Nekrose in der transplantierten Hornhautlinse zu verursachen, und so den Hornhautreparaturprozess verbessert.

Obwohl Nanoklebstoffe eine deutlich schwächere Klebekraft als Polymerklebstoffe aufweisen, zeigt diese Arbeit, nach Meinung der Wissenschaftler, das enorme Potenzial von Nanoklebstoffen bei der Reparatur empfindlicher biologischer Gewebe. Die Nanoklebstoffe könnten die inhärenten Probleme von Polymerklebstoffen wie etwa Barriere-Effekte und chemische Toxizität auf empfindlichen Geweben umgehen, die bei der Gewebereparatur und -regeneration verschiedene Hindernisse und Risiken darstellen. Darüber hinaus liefere die in der Studie berichtete methodische Untersuchung von Nanoklebstoffen auch Ideen für die spätere Erweiterung der Vielfalt medizinischer Nanoklebstoffe.

Nanoklebstoff für Hornhauttransplantationen

Mit dieser Arbeit möchten die Forscher ein neuartiges Klebstoffsystem, das aus reinen Biomakromolekülen – DNA-Protein-Hybrid-Nanoklebstoffen – besteht, für Hornhauttransplantationen etablieren. Diese erste Anwendung in der Augenchirurgie könnte neue Möglichkeiten für eine umfassendere medizinische Nutzung von Nanoklebstoffen eröffnen.

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift „Materials Futures“ veröffentlicht.