FibGel^™: Ein Hydrogel der nächsten Generation für Medizinprodukte

Die wachsende Nachfrage nach biokompatiblen, tierversuchsfreien Materialien im Bereich der Medizinprodukte treibt die Innovation bei Biomaterialien voran. Eine dieser jüngsten Innovationen ist FibGel™ – ein neuartiges Hydrogel, das für den Einsatz als Bestandteil in verschiedenen medizinischen Geräten entwickelt wurde. Im Gegensatz zu anderen Hydrogelen wird FibGel aus nanofibrillärer Holzzellulose und Reinstwasser hergestellt, wodurch die Biokompatibilität und Sicherheit für den medizinischen Gebrauch maximiert wird.

Die patentierte Technologie von FibGel wurde nach ISO 10993 für den menschlichen Gebrauch bewertet und ist eine bahnbrechende Weiterentwicklung, z. B. für die Wundversorgung und Schleimhautindikationen. Mit seinen injizierbaren und sprühbaren Eigenschaften und seiner Fähigkeit, Langzeitstabilität zu gewährleisten, bietet FibGel Herstellern von Medizinprodukten eine wertvolle Lösung, die die Einschränkungen herkömmlicher Hydrogele überwindet.

Herausforderungen bei herkömmlichen Hydrogelen  

Hydrogele sind im medizinischen Bereich weit verbreitet, aber bestehende Technologien erfüllen oft nicht die strengen Standards, die für ihren Einsatz in medizinischen Geräten mit injizierbaren oder implantierbaren Anwendungen erforderlich sind. Zu den größten Hürden, mit denen herkömmliche Hydrogelmaterialien konfrontiert sind, gehören der unkontrollierte Abbau, die mangelnde Abstimmbarkeit und die schlechte Biokompatibilität. Viele dieser Probleme sind auf die Verwendung von synthetischen Kunststoffen und tierischen Rohstoffen in Medizinprodukten zurückzuführen.

Komplikationen bei tierischen Produkten   

Insbesondere tierische Produkte, aber auch andere Fremdstoffe verursachen oft eine gewisse negative Immunantwort ¹. Bei Patienten kann es zu einer Immunüberempfindlichkeit oder -abstoßung kommen oder sie benötigen Immunsuppressiva oder sogar eine Entfernungsoperation. Dies schränkt die zugelassenen Anwendungen von Hydrogelen tierischen Ursprungs ein, da umfangreichere Biosicherheitsstudien erforderlich sind. Während tierische Gelatine und Kollagen in großem Umfang in Pharmazeutika und Therapeutika eingesetzt werden, bleiben viele Herausforderungen für ihre Verwendung in menschlichen Anwendungen wie der Wundheilung ^{bestehen 2}. Kollagen und Gelatine müssen speziell verarbeitet werden, um keine Immunreaktion oder allergische Reaktion hervorzurufen. Wenn sie nicht modifiziert werden, werden sie im Körper schnell abgebaut, was sie für Langzeitimplantate ungeeignet macht – und solche Modifikationen können selbst verzögerte Entzündungsreaktionen hervorrufen³. Darüber hinaus haben die Methoden zur Extraktion von Gelatine eine zytotoxische Wirkung. Auch dezellularisierte Biomaterialien tierischen Ursprungs können nachteilige Auswirkungen haben. In einer früheren klinischen Studie starben drei von vier pädiatrischen Patienten, denen dezellularisierte Schweineaortenklappen implantiert wurden, innerhalb eines Jahres an den Folgen von Komplikationen und schweren Entzündungen; Bei der vierten wurde das Ventil entfernt ¹. Dies unterstreicht die Besorgnis und die Notwendigkeit, zusätzliche Tests mit medizinischen Komponenten tierischen Ursprungs durchzuführen.

Probleme mit synthetischen Kunststoffen  

Die weit verbreitete Verwendung von synthetischen Polymeren führt zu Komplikationen bei medizinischen Implantaten, da ihre mechanischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften oft nicht mit dem umgebenden Gewebe kompatibel sind. Obwohl Polypropylen beispielsweise als biokompatibel und ungiftig gilt, wurde festgestellt, dass es bei der Verwendung in einem Netzimplantat zur Behandlung von Beckenorganprolaps erhebliche Komplikationen verursacht ^4,5. Dies führte dazu, dass die FDA die Hersteller anwies, den Verkauf und Vertrieb von chirurgischen Netzen für die Behandlung von Beckenorganprolaps ^{einzustellen 6}.

Es ist üblich, dass sich faserige Kapseln um Implantate und Medizinprodukte bilden, die aus nicht biologisch abbaubaren und nicht porösen Materialien hergestellt werden ⁷. Das Silikonpolymer Polydimethylsiloxan (PDMS) wird in vielen Medizinprodukten und Implantaten, wie z.B. Brustprothesen, eingesetzt. Diese verursachen eine Fremdkörperreaktion, die zur Bildung von fibrösen Kapseln um die Implantate führt ^7,8.

Viele aus Kunststoff gewonnene Hydrogele bieten nicht die Stabilität, die für langfristig implantierbare oder injizierbare Geräte erforderlich ist. Ihre Eigenschaften, wie z. B. die Steifigkeit, können sich ändern und sie können sich im Laufe der Zeit verschlechtern, wodurch sie bei langfristigen Anwendungen weniger wirksam sind. Die Verwendung von Kunststoffen, die aus fossilen Brennstoffen gewonnen werden, bringt auch Nachhaltigkeitsprobleme mit sich.

FibGel: eine nachhaltige, biokompatible Lösung

FibGel ist das weltweit erste holzbasierte Cellulose-Hydrogel, das als Komponente der Klasse IIb für Medizinprodukte entwickelt wurde. Es ist tierversuchsfrei und biokompatibel und besteht nur aus nachhaltigem Birkenholz, Zellulose und Wasser. FibGel wurde entwickelt, um die Anforderungen von Medizinprodukten zu erfüllen, die biokompatible und injizierbare Materialien erfordern, und adressiert die Herausforderungen herkömmlicher Hydrogele.

FibGel wird nach ISO 13485 hergestellt und wurde bereits nach einschlägigen Biokompatibilitätstests nach ISO 10993 bewertet. Im Vergleich zu herkömmlichen Hydrogelen hat es eine überlegene Stabilität, Abstimmbarkeit und Handhabungseigenschaften. FibGel kann, auch in hohen Viskositäten, durch eine kleine Nadel injiziert werden. Bisherige Tests haben eine hohe Biokompatibilität ohne akute oder chronische systemische Toxizität gezeigt. Darüber hinaus werden die zukünftigen Medizinprodukte, die FibGel verwenden, von der langjährigen Erfahrung von UPM bei der Verwendung von Nanocellulose mit 3D-Zellkulturen profitieren.

Sicher und biokompatibel: FibGel ist tierversuchsfrei, ungiftig und verursacht keine Fibrose, was es sicher für den langfristigen klinischen Einsatz macht. Es wurde streng nach den einschlägigen Normen ISO 10993 für biologische Sicherheit getestet.

Biomechanisch einzigartig: Im Gegensatz zu abbaubaren Hydrogelen ist FibGel stabil und bleibt nach einer einzigen Injektion intakt, wodurch die Notwendigkeit wiederholter Eingriffe und Nachsorgeuntersuchungen reduziert wird. Diese Stabilität ist ein entscheidender Faktor für die Patientenergebnisse und die Effizienz der Gesundheitsversorgung.

• • In Zukunft wird der Abbau von FibGel-Nanocellulose zu harmloser Glukose mit Cellulase-Enzymen kontrollierbar ^{sein 9}.
  • FibGel ist aufgrund seiner einzigartigen scherverdünnenden Eigenschaften auch bei hoher Steifigkeit mit geringer Injektionskraft injizierbar.
  • Durch die Temperaturstabilität ist FibGel einfach und bequem bei Raumtemperatur zu lagern und zu verarbeiten.
  • Die Steifigkeit von FibGel kann an die spezifischen klinischen Bedürfnisse angepasst werden und es kann auch mit zusätzlichen Komponenten gemischt werden. Dadurch ist FibGel sehr anpassungsfähig für eine Vielzahl von Anwendungen, von der Weichgewebereparatur bis hin zu orthopädischen Implantaten.

Nachhaltig und natürlich: FibGel besteht vollständig aus verantwortungsvoll gewonnenem Birkenholz, Zellulose und Wasser. FibGel ist nicht nur frei von tierischer DNA, sondern steht auch im Einklang mit Nachhaltigkeitszielen, indem es umweltfreundliche und ethische medizinische Innovationen unterstützt.

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Mögliche Anwendungen von FibGel

FibGel hat das Potenzial, in einer Vielzahl von Medizinprodukten eingesetzt zu werden. Zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels kann es als Komponente in Oberflächenmedizinprodukten der Klasse IIb verwendet werden, z. B. in Produkten für die Wundversorgung, aber die Entwicklung hin zu implantierbaren Medizinprodukten der Klasse III ist noch nicht abgeschlossen. Dies wird den Einsatz in implantierbaren Anwendungen wie Weichgewebereparatur, Orthopädie und Ästhetik ermöglichen. Es könnte auch mit einem Wirkstoff kombiniert werden, um als Hilfsstoff für die Verabreichung von Medikamenten und die Zelltransplantation zu dienen.

Reparatur    von Weichgewebe

Bei der Weichgewebsreparatur ist FibGel aufgrund seiner scherverdünnenden Eigenschaften leicht zu injizieren und kann als leeres Implantat oder in Kombination mit aktiven Komponenten verwendet werden. Seine Biokompatibilität und Abstimmbarkeit machen es ideal für die Reparatur von geschädigtem Gewebe in Anwendungen wie der rekonstruktiven Chirurgie oder ästhetischen Eingriffen. Solche weichteilrekonstruktiven Operationen mit FibGel können eine Raumfüllung nach Tumorentfernung oder versehentlichem Trauma umfassen.

Orthopädie

Leere FibGel-Implantate haben auch das Potenzial, in der Orthopädie eingesetzt zu werden ¹⁰. Knieprobleme und Verletzungen sind häufig, insbesondere bei Sportlern und älteren Menschen. Mit einer längeren Lebenserwartung und einer alternden Bevölkerung haben wir mehr Ursachen für Arthrose. Hyaluronsäure-Injektionen (HA) sind eine gängige Behandlung von Arthrose, aber diese Krankheit stellt eine zunehmende Belastung für die Gesundheitsdienstleister dar. HA verschlechtert sich und die Patienten benötigen regelmäßige Injektionen zur Linderung der Symptome. Häufige Injektionen können für Arthrose-Patienten eine unangenehme und unangenehme Erfahrung sein. Die lang anhaltende Stabilität von FibGel würde es zu einer bequemeren potenziellen Behandlungsoption machen. Da weniger häufige Injektionen erforderlich sind, könnten Krankenschwestern und Ärzte Zeit sparen und Kosten senken.

Wirkstoffverabreichung und Zelltherapie

Nanocellulose hat hervorragende Emulgiereigenschaften. Dadurch wird verhindert, dass pharmazeutische Inhaltsstoffe und Zellen sedimentieren und somit ein homogenes Gemisch injiziert werden kann. Erste Studien haben gezeigt, dass verschiedene Wirkstoffe Beladungs- und Freisetzungsprofile aufweisen ¹¹. Diese können durch Ändern der Konzentration der Materialien abgestimmt werden. Darüber hinaus bleibt in der Zelltherapie die Überlebensrate der transplantierten Zellen aufgrund des unzureichenden Schutzes während des Injektionsprozesses und des Fehlens einer lang anhaltenden Unterstützung der Geweberegeneration niedrig. Nanocellulose ist in der Lage, die Zellen vor der mechanischen Belastung während der Injektion zu schützen und auf diese Weise das Behandlungsergebnis zu verbessern.

Während sich klinische Fallstudien mit FibGel noch in der Entwicklung befinden, zeigen die bisherigen Forschungen von UPM Biomedicals mit ähnlichen Nanocellulose-Hydrogelen ein starkes Potenzial für den Einsatz in diesen kritischen medizinischen Bereichen.

Entwicklung von Nanocelluloseprodukten bei UPM

FibGel ist zwar neu auf den Markt gebracht, baut aber auf der langen Geschichte von UPM Biomedicals bei der Verwendung von nanofibrillärer Cellulose in biomedizinischen Anwendungen auf. Seit 2007 untersucht und sammelt UPM Daten für die Verwendung von Nanocellulose. Im Jahr 2014 brachte das Unternehmen sein erstes Produkt für den Forschungseinsatz mit 3D-Zellkultur in vitro auf den Markt. Durch die Kultivierung menschlicher Zellen in Hydrogelen in vitro und umfangreiche In-vivo-Tierstudien hat UPM gezeigt, dass sein Cellulose-Hydrogel sicher und hochgradig biokompatibel ist.

UPM Biomedicals bietet eine Reihe von Nanocellulose-Hydrogel-Produkten an. Dazu gehören Grow GrowDex-Hydrogele^® und  GrowInk-Biotinten™ für Forschungszwecke, und im Jahr 2020 wurde FibDex^® als topisches Medizinprodukt der Klasse IIb für den klinischen Einsatz zugelassen. FibDex ist ein zugelassener Wundverband für die einmalige Anwendung, der an den Spenderstellen von Hauttransplantaten verwendet wird. Hunderte von Patienten wurden mit FibDex ¹² behandelt. Während die ersten Produkte des Unternehmens für die In-vitro-Anwendung gedacht waren, hat UPM ein solides Verständnis dafür gesammelt, wie Nanocellulose in der Zelltherapie und bei der Verabreichung von Medikamenten eingesetzt werden kann. Im Folgenden werden einige der präklinischen Forschungen hervorgehoben:

Entwicklung von Zelltherapien:

• Ein flexibles, xenofreies 3D-Kultursystem für die Pluripotenz humaner pluripotenter Stammzellen ¹³.
• Ein Medium zur Unterstützung der Inselkonservierung, das auf eine Transplantation zur Therapie von Typ-1-Diabetes wartet ¹⁴.
• Ein plättchenreicher Plasmaträger für eine gezielte Wundheilung mit kontrolliertem Gerüstabbau ⁹.
• Eine extrazelluläre Matrix für die injizierbare Transplantation menschlicher embryonaler Stammzellen in das Innenohr ¹⁵.

Entwicklung der Arzneimittelverabreichung:

• Ein injizierbarer Träger für die lokalisierte Verabreichung von Medikamenten in Mausmodellen ¹⁶.
• Nanofibrilläre Cellulose bei der Verabreichung von Arzneimitteln ¹¹.

Wie FibGel Hersteller von Medizinprodukten  unterstützt

Für Hersteller von Medizinprodukten bietet FibGel die Möglichkeit, unerfüllte Bedürfnisse mit einer patentierten Technologieplattform zu erfüllen. UPM Biomedicals kann einen Vorsprung bieten, um die Produktentwicklung zu beschleunigen, indem es präklinische Nachweise liefert, einschließlich der biologischen Bewertung gemäß der Norm ISO 10993, der technischen Dokumentation für FibGel™ als Komponente und der Technologielizenzierung. Die Materialversorgungsmöglichkeiten des Unternehmens können auf Ihre Bedürfnisse zugeschnitten werden.

Derzeit kann UPM Kunden in präklinischen und klinischen Prüfphasen unterstützen. Das Unternehmen arbeitet an der Zertifizierung seiner Herstellung von FibGel nach der Norm ISO 13485 im kommerziellen Maßstab. Die lange Haltbarkeit und Temperaturstabilität von FibGel vereinfacht logistische Herausforderungen und gewährleistet eine gleichbleibende Leistung, ohne dass eine spezielle Lagerung erforderlich ist.

Durch die Integration von FibGel können Hersteller mit Zuversicht dauerhaftere innovative Lösungen entwickeln, die sowohl nachhaltig als auch effektiv sind und der wachsenden Nachfrage nach Medizinprodukten der nächsten Generation gerecht werden.

Blick in die Zukunft: Die Zukunft von FibGel

Da UPM Biomedicals FibGel weiterentwickelt, ist sein Potenzial, Medizinprodukte zu revolutionieren, enorm. Mit seiner starken Biokompatibilität, Abstimmbarkeit und Nachhaltigkeit ist FibGel in der Lage, ungedeckte Bedürfnisse in der Wundversorgung, Weichgewebereparatur, Orthopädie und darüber hinaus zu erfüllen.

Da der Markt zunehmend nach Lösungen verlangt, die mit ökologischer Nachhaltigkeit und ethischen Standards übereinstimmen, entsprechen viele der bestehenden Materialien nicht. UPM Biomedicals setzt sich jedoch für die Weiterentwicklung tierversuchsfreier, nachhaltiger Biomaterialien ein. Die Partner des Unternehmens gehen davon aus, dass die ersten klinischen Studien am Menschen im Jahr 2025 beginnen werden. FibGel bietet sowohl Herstellern als auch Patienten eine vielversprechende Zukunft und ebnet den Weg für sicherere und effizientere Medizinprodukte.

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Kontaktieren Sie uns 

Referenzen:

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