Development of nanofiber-hydrogel-composites as sutureable and transparent wound dressings for the application in Ophthalmology

Das menschliche Auge ist ein hochentwickeltes Sinnesorgan, das uns die Wahrnehmung unserer Umgebung mittels Lichtreizen ermöglicht. Aufgrund seiner exponierten Lage ist es jedoch anfällig für Verletzungen. Der aktuelle Gold-Standard bei der initialen chirurgi-schen Behandlung von oberflächlichen Wunden ist die Applikation einer Amnionmembran. Wegen ihres humanen Ursprungs kann es in der Amnionmembran zu Schwankungen ihrer Eigenschaften kommen. Dies äußert sich dadurch, dass beispielsweise eine hohe Variation in den Dicken sowie große Unterschiede in der mechanischen Stabilität und Transparenz auftreten. Zusätzlich besteht bei der Applikation von Spendergewebe, trotz guter serologi-scher Untersuchungen, eine Gefahr für Übertragungen von Krankheiten auf den Patienten. Deshalb war es das Ziel dieser Arbeit neue Materialien zu entwickeln, die sich als Ersatz für die Amnionmembran, bei der Wundversorgung des Auges eignen. Als Basis dienten dazu polymere Nanofasern, die mittels Elektrospinnen hergestellt wurden. Nach einer um-fassenden Optimierung der Herstellungsparameter, konnten Membranen aus feinen Fasern hergestellt werden, die nicht nur homogen, sondern auch frei von Defekten waren. In Zell-experimenten zeigten die Membranen eine hohe Kompatibilität mit zwei Zelllinien des menschlichen Auges. Eine anschließende Behandlung der Fasern, zur Verbesserung ihrer Oberflächeneigenschaften bezüglich Ihrer Benetzbarkeit, ermöglichte den Einbau von Hyd-rogelen in die Nanofaserstrukturen. Das daraus resultierende Komposit zeigte in Untersu-chungen eine sehr gute Homogenität in den Eigenschaften. So konnten Membranen mit reproduzierbaren Schichtdicken und zugleich hohen Transparenzen hergestellt werden. Zu-sätzlich wurde eine Methode für die Qualitätsprüfung entwickelt, mit der die Beurteilung der Membrantransparenz auf schnellem und unkompliziertem Weg durchgeführt werden kann. Basierend auf der hohen punktuellen Belastung der Komposite durch Fäden, wäh-rend des Vernähens der Membranen auf der Augenoberfläche, wurden Experimente zu deren mechanischer Stabilität durchgeführt. Hierbei zeigten die Membranen, abhängig von der Zusammensetzung, eine mechanische Robustheit die der Amnionmembran ähnelt. Der Versuch ein solches Komposit auf eine Spenderhornhaut aufzunähen, konnte ebenfalls er-folgreich durchgeführt werden. Diese Ergebnisse unterstrichen die positiven Eigenschaften der entwickelten Membranen und ihr Potential für den Einsatz in der Wundversorgung des Auges.The human eye is a sophisticated sensory organ that enables our perception of the environ-ment through light stimuli. However, due to its exposed location, it is susceptible to injury. The current gold standard in surgical treatment of superficial wounds is the application of an amniotic membrane. Due to its human origin, however, it is subject to variations in its properties, such as high variation in thickness as well as large differences in mechanical stability and transparency. In addition, application of donor tissue, despite good serological tests, includes a risk for transmission of diseases to the patient. In this work, new materials have been developed as potential replacement for amniotic membranes in the ocular wound care based on the production of polymeric nanofibers by electrospinning. After extensive optimization of the manufacturing parameters, membranes were produced of fine fibers that were not only homogeneous but also free of defects. In cell experiments, these mem-branes showed high compatibility with two ocular cell lines. Subsequent treatment of the fibers to improve their wettability surface properties enabled the incorporation of hydrogels into the nanofiber structures. The resulting composite showed a very good homogeneity in its properties. This allowed the production of membranes with reproducible layer thickness-es and at the same time high transparencies. In addition, a quality control model has been developed to allow the assessment of membrane transparency in a quick and easy way. Based on the high point-load of the composites through sewing threads, during the sutur-ing of the membranes on the ocular surface, experiments were performed on their mechani-cal stability. Here, the membranes, depending on the composition, showed a mechanical robustness which is similar to the amniotic membrane. The attempt to suture such a compo-site on a donor cornea as proof of principle was also successful. These results highlighted the positive properties of the developed membranes and their potential for use in the wound care of the eye