Gelatine ist weit mehr als ein Bestandteil von Lebensmitteln. Das natürliche Protein wird auch in der Medizin, Diagnostik und Kosmetik eingesetzt, etwa als Trägermaterial für Wirkstoffe, in Wundauflagen oder als Bestandteil von Hydrogelen. Für viele dieser Anwendungen müssen seine Eigenschaften jedoch gezielt angepasst werden. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik (IGB) haben dafür eine Plattform entwickelt, mit der sich Gelatine chemisch funktionalisieren und nun auch reproduzierbar im größeren Maßstab herstellen lässt. Damit wird ein wichtiger Schritt von der Laborentwicklung hin zur industriellen Nutzung des biobasierten Materials verbessert.

Maßgeschneiderte Eigenschaften für unterschiedliche Anwendungen

Je nach Einsatzgebiet erhält die Gelatine unterschiedliche chemische Gruppen, die ihre Materialeigenschaften gezielt verändern. So kann sie beispielsweise lichtempfindlich gemacht werden, sodass sie sich nach dem 3D-Bioprinting unter UV-Licht zu stabilen Hydrogelen vernetzt. Solche Materialien dienen als Gerüst für Zellen und können die Bildung von Gewebe unterstützen. Auch andere Modifikationen sind möglich, etwa um Gelatine über sogenannte Klick-Reaktionen zu vernetzen oder ihre elektrische Ladung gezielt zu verändern. 

Standardisierte Herstellung schafft Vergleichbarkeit

Eine Herausforderung bestand bislang darin, funktionalisierte Gelatine in gleichbleibender Qualität und in ausreichenden Mengen bereitzustellen. Am Fraunhofer IGB übernehmen nun automatisierte Reaktorsysteme die Steuerung aller wichtigen Prozessparameter wie Temperatur, pH-Wert und Zugabe der Reaktionspartner. Dadurch lassen sich chemische Modifikationen unter standardisierten Bedingungen reproduzierbar herstellen. „In unserem 1-Liter-Reaktor können wir nun 100 Gramm modifizierte Gelatine reproduzierbar und mit absolut konsistenter Qualität herstellen“, erläutert Melanie Dettling, die am Institut die Versuche überwacht. Aktuell wird das Verfahren auf Reaktoren mit fünf und zehn Litern Volumen übertragen. Künftig sollen pro Ansatz bis zu einem Kilogramm Material verfügbar sein.

Für Forschungseinrichtungen und Unternehmen eröffnet dies neue Möglichkeiten. Unterschiedliche chemische Funktionalisierungen lassen sich direkt miteinander vergleichen, weil Einflüsse aus der Herstellung weitgehend ausgeschlossen werden. Die Materialien können für Machbarkeitsstudien, Produktentwicklungen oder Bemusterungen genutzt werden, ohne dass Anwender eigene Herstellungsverfahren entwickeln müssen. Das Konzept beschränkt sich zudem nicht auf Gelatine. Auch andere biobasierte Polymere wie Kollagen, Chitosan, Hyaluronsäure oder Inulin lassen sich auf diese Weise gezielt modifizieren und könnten künftig für medizinische Anwendungen oder funktionelle Beschichtungen genutzt werden. 

hb