Wundheilung: Tanninsäure verbessert Haftvermögen von Hydrogelmaterial

Ein Forschungsteam aus Korea hat eine neue Materialdesignstrategie entwickelt, die Tanninsäure nutzt, um die mechanische Festigkeit und das Haftvermögen von aus Algen gewonnenen Hydrogelen zu erhöhen und deren Abbaurate zu steuern.

Hydrogele sind wasserreiche Gelmaterialien, die unter anderem in Aknepflastern und Wundauflagen verwendet werden. Aufgrund ihrer Fähigkeit, eng an der Haut zu haften und gleichzeitig Wirkstoffe oder aktive Substanzen zu enthalten, werden sie in verschiedenen Bereichen eingesetzt.

Sulfatgruppen behindern Hydrogelbildung

Unter den verschiedenen Hydrogelmaterialien konzentrierte sich das Forschungsteam des Korea Advanced Institute of Science and Technology auf κ-Carrageen. κ-Carrageen ist ein natürliches Polymer, das aus Rotalgen (Rhodophyta) wie Agar-Agar gewonnen wird. Das κ-Carrageen-Molekül enthält jedoch zahlreiche Sulfatgruppen, die eine intermolekulare Abstoßung erzeugen und die Bildung einer dichten Struktur verhindern. Aus diesem Grund war es bisher schwierig, die Festigkeit und das Haftvermögen des Hydrogels zu erhöhen oder die Abbaurate auf ein gewünschtes Niveau einzustellen.

Zur Lösung dieses Problems konzentrierten sich die Forschenden darauf, eine natürliche Substanz zu finden, die effektiv mit den Sulfatgruppen interagieren kann. Ihre Untersuchungen ergaben, dass Tanninsäure, ein natürliches Polyphenol, das in Tee und Früchten reichlich vorhanden ist, ein geeigneter Kandidat sein könnte.

Polyphenole sind natürliche Stoffe, die von Pflanzen produziert werden, um sich vor äußeren Einflüssen wie UV-Strahlung oder Schädlingen zu schützen, und sie besitzen die Eigenschaft, gleichzeitig mit mehreren Substanzen zu binden. Ihre in „Biomimetics“ veröffentlichte Studie bestätigt, dass die Sulfatgruppe, die die Hydrogelbildung behindert, tatsächlich als zentrale Bindungsstelle mit Tanninsäure fungiert.

Verbesserte Festigkeit und Elastizität mit Tanninsäure

Der Index, der die Festigkeit und Elastizität eines Gels angibt, betrug mit zugesetzter Tanninsäure beim κ-Carrageen-Hydrogel etwa 1632 Pa und zeigte damit eine Verbesserung um mehr als das Fünffache im Vergleich zum reinen κ-Carrageen-Hydrogel (etwa 294 Pa). Dies bedeutet, dass das Hydrogel seine Form auch unter äußerem Druck oder Verformung stabiler beibehalten kann, womit die Dauerhaftigkeit und Anwendbarkeit von Wundauflagen oder Wirkstoffpflastern erhöht werden könnte.

Darüber hinaus konnte das Team nachweisen, dass Tanninsäure die interne Netzwerkstruktur des bereits gebildeten Hydrogels unabhängig vom Zeitpunkt der Zugabe stabil verstärkt. Dies impliziert, dass Tanninsäure Moleküle an mehreren Punkten miteinander verbindet, sodass die interne Struktur des Hydrogels durchgehend fest bleibt.

In Experimenten, die die menschliche Magen- und Darmumgebung simulieren, baute sich das Tanninsäure-haltige Hydrogel relativ schnell ab, während es gleichzeitig stark an der Haut und an rauen Oberflächen haftete. Dies könnte darauf hinweisen, dass Wundauflagen während der Anwendung nicht leicht abfallen, sich aber nach Erfüllung ihrer Funktion natürlich abbauen können, und dass Wirkstoffpflaster zur stabilen Abgabe von Wirkstoffen über einen gewünschten Zeitraum genutzt werden können. (ins)