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Mucin binding to bioactive molecules: physiological role and new biomaterials

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Auf dem Weg zu neuen Biomaterialien auf Mucin-Basis

Mucine vermitteln Epithelschichten ihre schützende Wirkung und machen sie resistent gegen virale und bakterielle Infektionen. Nun will man sich die einzigartigen Eigenschaften von Mucinen (Schleimstoffen) zunutze machen, um auf dieser Basis neuartige biologische Materialien zu entwickeln.

Gesundheit

Mucine sind hochmolekulare glykosylierte Proteine, die im Epithelgewebe produziert werden. Sie bilden Gele mit verschiedenen Funktionen, die etwa als Gelenkschmiere oder chemische Barrieren dienen. Noch ist allerdings zu wenig über die Wechselwirkungen zwischen Nährstoffen, Antikörpern, Viren und Bakterien bekannt, die über die Schleimhaut ins Innere des Körpers diffundieren. Das Projekt "Mucin binding to bioactive molecules: Physiological role and new biomaterials" (BIOMUC) untersucht, inwieweit diese Mucingele als Reservoir für bioaktive Moleküle dienen könnten. Ist die Interaktion von Mucin mit bioaktiven Molekülen bestätigt, könnten auf dieser Basis innovative Mucin-basierte Biomaterialien zur Wirkstofffreisetzung und für künstliche Gewebe entwickelt werden. Das noch laufende, 2015 endende Projekt erreichte bereits mehrere bedeutsame Ergebnisse. So zeichnen sich Beschichtungen mit Mucinen durch hervorragende zellabstoßende Eigenschaften aus, wie man herausfand. Die aus strukturierten Mucinbeschichtungen erzeugten Zellmuster blieben mehrere Tage lang stabil - eine Eigenschaft, die für die Gewebezüchtung interessant sein wird. Eine Deglykosylierung des Proteinkerns zeigte, dass für die Zellabstoßung in der Schleimhaut Glykane benötigt werden. Nachdem mehrlagige Mucin/Lectinschichten erzeugt und charakterisiert wurden, erwiesen sich diese Filme als resistent gegenüber hohen Salzkonzentrationen und wechselnden pH-Werten. Die Filme können mit Zuckerlösungen aufgelöst werden und konkurrieren mit Lektin bei der Interaktion mit Mucin-assoziierten Glykanen. Die Filme eignen sich auch als Opferschicht, um kleine Polymerpflaster von der Oberfläche freizusetzen (Backpack-Technologie). Schließlich wurden 3D-Mucin-Hydrogele erzeugt und charakterisiert. BIOMUC entwickelte nanoporöse Strukturen, an denen die langsame Freisetzung sowohl hydrophober als auch hydrophiler Medikamente bestätigt wurde. Das hydrophile und positiv geladene Antibiotikum Polymyxin interagierte mit Mucin-Hydrogel und wurde langsam über einen Zeitraum von einer Woche freigesetzt. Das hydrophobe und ungeladene Krebsmedikament Paclitaxel band gut an das Mucin-Hydrogel und zeigte eine noch langsamere Freisetzungsrate. Wesentlich schneller hingegen wurden nicht interagierende Moleküle (Dextran und Poly-Glutaminsäure) aus dem Gel freigesetzt. BIOMUC demonstrierte damit, dass sich Mucin-Hydrogele für den Wirkstofftransport eignen, und aufgrund ihrer Stabilität und Abstoßung bestimmter Zellen und Partikel möglicherweise auch für das Tissue Engineering.

Schlüsselbegriffe

Mucin, Biomaterialien, epithelial, Mucingele, bioaktive Moleküle

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