Zeitschrift für Regenerative Medizin

Nanogerüste in der Regenerativen Medizin

Langer und Vacanti schlugen 1993 die kombinierte Verwendung von Stammzellen, Gerüsten und induktiven Faktoren als Grundlage für das Tissue Engineering vor. Forscher konnten immer komplexere Gewebe-/Organkonstrukte herstellen und einige werden heute klinisch als Standardbehandlung für eine Vielzahl von Erkrankungen eingesetzt Bedingungen. Gerüste werden verarbeitet, um 3D-Strukturen mit der richtigen Form, Größe, Architektur und physikalischen Eigenschaften herzustellen, die auf die Erfüllung spezifischer Funktionen zugeschnitten sind. Daher sind Tissue-Engineering-Produkte darauf ausgelegt, die Architektur und Reaktionen des Gewebes nachzuahmen.

Daher sind die wichtigsten Gerüstanforderungen Biokompatibilität, kontrollierte Porosität und Permeabilität, geeignete mechanische Eigenschaften und kinetische Abbaueigenschaften, die mit denen des Zielgewebes vergleichbar sind, und darüber hinaus die Unterstützung der Zellanhaftung und -proliferation durch die Hinzufügung von Nanotopographien zur Oberfläche des Biomaterials. Zur Herstellung von Gerüsten werden natürliche oder synthetische Materialien verwendet und je nach Endzweck werden Barrieren (Membranen oder Röhren), Gele oder 3D-Matrizen entwickelt, um die extrazelluläre Umgebung eines Zielgewebes oder -organs nachzuahmen. Natürliche Materialien stammen aus menschlichen oder tierischen (xenogenen) Quellen und bestehen aus extrazellulären Komponenten. Dazu gehören Kollagen, Seidenprotein, Matrigel, Dünndarm-Submukosa, Agarose, Alginat und Chitosan.

Obwohl diese Materialien vielversprechende Ergebnisse bei der Gewebereparatur gezeigt haben, weisen sie einige Nachteile hinsichtlich mechanischer Eigenschaften, Abbau, Immunogenität und Kreuzkontamination auf. Synthetische Gerüste werden aus synthetischen Materialien oder einer Kombination aus natürlichen und synthetischen Materialien hergestellt. Polyhydroxysäuren, Polytetrafluorethylen, Stahltitan oder Keramik sind Beispiele für synthetische Polymere mit verbesserter Biokompatibilität. Natürliche Materialien wie Kollagen, Gelatine, Chitosan, Alginate und Seide oder synthetische Poly(milchsäure) (PLA), Poly(milch-co-glykolsäure) (PLGA), Poly-epsiloncaprolacton (PCL) oder Polyvinylalkohol (PVA). ) Polymere sind die am häufigsten verwendeten Materialien für die Herstellung von Nanofasergerüsten.

Diese Matrizen können mit hoher struktureller Präzision mithilfe komplexer Polymere und Montagetechniken erstellt werden, um Materialeigenschaften wie Steifigkeit, Degradation und Porosität zu steuern. Das Aufkommen der Nanotechnologie hat weitere Entwicklungen im Bereich der Biomaterialien ermöglicht. Geeignete nanomodifizierte Oberflächen erzeugen eine Nanotopographie, die die Zelladhäsion erleichtert und eine bessere Zellreaktion und spezifische Zelldifferenzierung induzieren kann als unbehandelte Oberflächen.