Kollagenvernetzung

Kollagenvernetzung bezeichnet die Bildung von kovalenten Bindungen zwischen Kollagenmolekülen oder -fasern, wodurch dreidimensionale Netzwerke entstehen. Durch Vernetzung steigt die mechanische Festigkeit, die Beständigkeit gegen Abbau durch Proteasen und die Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen. Sie kann natürlich im Gewebe erfolgen oder in vitro genutzt werden, um Biomaterialien zu stabilisieren.

Es gibt enzymatische und nicht-enzymatische Mechanismen. Die enzymatische Vernetzung erfolgt vor allem durch Lysyloxidase (LOX), die Lysinreste zu Aldehydverbindungen oxidiert und Kreuzverbindungen ausbildet. Typische Endvernetzungen umfassen mature Quervernetzungen wie Pyridinolin- und Deoxypyridinolin-Verbindungen. Nicht-enzymatische Vernetzung entsteht durch fortgeschrittene Glykation, bei der sich Proteine mit Zuckergruppen kreuzen (AGEs), was Gewebe stärker versteift, aber auch die Remodelierung erschweren kann.

Zu den Methoden der Kollagenvernetzung zählen chemische, photochemische und enzymatische Ansätze. Chemische Vernetzung erfolgt mit Mitteln wie EDC/NHS, Glutaraldehyd oder Genipin; sie erhöht die Stabilität des Netzwerks, kann jedoch cytotoxische Reststoffe hinterlassen. Photochemische Verfahren verwenden lichtaktivierte Photosensibilisatoren, zum Beispiel Riboflavin in Kombination mit UV-A-Licht, bekannt aus der koronalen Kollagenvernetzung zur Behandlung des Keratokonus. Enzymatische Vernetzung wird für spezifische Gewebe- und Biomaterial-Anwendungen genutzt, um Biokompatibilität zu wahren.

Anwendungen finden sich in der Medizin, der Gewebezüchtung und der Materialwissenschaft. In der Augenheilkunde dient riboflavin-uv-a-Crosslinking der Stabilisierung der Hornhaut. In der Gewebeengineering-Branche werden kollagenvernetzte Hydrogels als Gerüste für Zellen und Wirkstofffreisetzung eingesetzt. Allgemein erhöht Vernetzung die Haltbarkeit von Kollagen-basierten Materialien, kann aber auch die Biokompatibilität und Demontierbarkeit beeinflussen.