Bioabbaubare Polymere

Biodegradable Polymers [engl.], Biodegradierbare Polymere, Biologisch abbaubare Polymere, Resorbierbare Polymere

Chemie

Als bioabbaubare Polymere bezeichnet man in der Chemie allgemein alle Arten von Polymeren, die durch biokatalytische Prozesse (z.B. Enzyme, Bakterien, Pilze) oder einfache in der Umwelt und/oder in Organismen vorkommende chemische Reaktionen (z.B. Hydrolyse, Oxidation, Radikalreaktionen infolge UV-Strahlung) zu Oligomeren und schließlich ihren Monomeren umgewandelt werden können.

Der Abbau lässt sich in vier Phasen aufteilen:
1. Aufnahme von Wasser
2. Reduktion der mechanischen Festigkeit des Polymerbauteils
3. Abnahme der relativen Molekülmasse der Polymermoleküle durch Zerfall in kleinere Untereinheiten
4. Gewichtsverlust des gesamten Polymerbauteils

Oberflächenerosion ist typisch für Polyorthoester und Polyanhydride.
Hier wird die Probe von ihrer Oberfläche her Stück für Stück abgetragen.
Die Abbaugeschwindigkeit des Polymers muss somit größer sein, als die Geschwindigkeit, mit der das für die Hydrolyse erforderliche Wasser in die Probe vordringt.

Bulk-Abbau tritt auf bei z.B. PGA, PLA, PLGA und PCL.
Die Geschwindigkeit, mit der Wasser in die Probe eindringt ist größer, als die Auflösungsgeschwindigkeit des Polymers.
Hier findet der Abbau der Polymere praktisch über die gesamte Probe verteilt zur gleichen Zeit und in gleichem Ausmaß statt.

Morphologische Veränderungen (Anschwellen, Verformung, Blasenbildung, Auflösungserscheinungen)
Gewichtsverlust
Änderungen des thermisches Verhaltens
- Differential Scanning Calorimetry (DSC)
Veränderungen des Molekulargewichts
- Viskosität der verdünnten Lösung
- Größenausschlusschromatographie (SEC) / Gel-Permeations-Chromatographie (GPC)
- MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization) Massenspektroskopie
Veränderungen der physiko-chemischen Eigenschaften
- IR-Spektrometrie
- NMR-Spektroskopie
- TOF-SIMS (Time Of Flight - Secondary Ion Mass Spectroscopy)

Als bioabbaubare Polymere bezeichnet man in der pharmazeutischen Technologie alle Arten von Polymeren, die im Körper in lösliche Oligomere und/oder Monomere umgewandelt und so schließlich in Form ihrer Abbauprodukte eliminiert werden können.

Anwendung finden bioabbaubare Polymere in der pharmazeutischen Technologie und Medizintechnik z.B. als:
- Resorbierbares chirurgisches Nahtmaterial
- Material für resorbierbare (arzneistoffhaltige) Implantate
- Matrixmaterial für Mikrosphären bzw. Wandmaterial für Mikrokapseln.

Biokompatibel
- Bioabbaubare Polymere dürfen weder in polymerer, noch in monomerer Form mit dem Organismus unverträglich sein. Dies beinhaltet u.a., dass sie ein nur äußerst geringes allergenes Potential aufweisen dürfen.
Untoxisch
- Da die Toxizität hochmolekularer Polymere meist ohnehin problemlos ist, gilt dieser Punkt vor allem den Monomeren. Während bei vielen "klassischen" Polymeren die Monomere relativ toxische Verbindungen darstellen, bestehen bioabbaubare Polymere aus Monomeren, die keine toxischen Eigenschaften aufweisen. Z.T. kommen sie bereits natürlich im körpereigenen Stoffwechsel vor.
Lagerstabil
- Bioabbaubare Polymere dürfen sich nicht bereits während ihrer Lagerung zersetzen.
Thermoplastisch verformbar
- Besonders für größere Implantate ist eine thermoplastische Verformbarkeit bereits bei Körpertemperatur zu wünschen, da so mechanische Schädigungen des umliegenden Gewebes vermindert werden können.
Gut löslich in organischen Lösemitteln
- Dieser Punkt gilt primär für die Herstellung von Mikrokapseln und Mikrosphären, da so relativ einfache Herstellungsverfahren wie die Lösungsmittelabdunstung eingesetzt werden können.

Für den endgültigen Abbau der Polymere sind meist proteolytische Enzyme des Körpers verantwortlich, die das Polymer in die Monomere zerlegen.
Die Geschwindigkeit des Abbaus ist abhängig von Materialeigenschaften wie:
- Stabilität der Bindungen zwischen den Monomeren
- Polymerisationsgrad
- Lipophilie
- Kristallinität
- Glasübergangstemperatur
Bei allen eben genannten Parametern sinkt die Abbaugeschwindigkeit bei einer Erhöhung des Parameters.