Polycaprolacton (PCL) ist ein biologisch abbaubarer Polyester, der im Tissue Engineering häufig eingesetzt wird, wenn ein langsamer Abbau angestrebt wird: Dieses Material kann mehrere Monate in vivo verbleiben, ohne dass seine Eigenschaften wesentlich beeinträchtigt werden, und bietet gleichzeitig einstellbare mechanische Eigenschaften, eine einfache Verarbeitung sowie die Möglichkeit zur Funktionalisierung. Im Hinblick auf eine Anwendung zum Ersatz des vorderen Kreuzbandes befasste sich diese Studie mit dem hydrolytischen Abbau von PCL-Oberflächen, die entweder unbehandelt oder durch Pfropfung von Poly(natriumstyrolsulfonat) (pNaSS) bioaktiv gemacht wurden – eine Funktionalisierungsstrategie, bei der Sulfonatgruppen eingeführt werden, die die Funktionalität der Glykosaminoglykane nachahmen und die Zellinteraktion verbessern sollen.
Zu diesem Zweck untersuchten die Autoren PCL-Filme und -Faserbündel, die in einer Phosphatpufferlösung bei 25 und 37 °C über einen Zeitraum von bis zu 120 Wochen, also nahezu zwei Jahren, gelagert wurden. Der Massen- und Oberflächenabbau wurde mithilfe einer Reihe komplementärer Techniken charakterisiert – mechanische Analyse, Messung des Kontaktwinkels, Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS), Fourier-Transform-Infrarotspektroskopie (FTIR) und Rasterkraftmikroskopie. Die biologische Reaktion wurde anhand primärer Fibroblasten aus dem vorderen Kreuzband des Schafes bewertet, wobei deren Ausbreitung, Morphologie und die Expression der Kollagengene untersucht wurden.
Die Ergebnisse bestätigen, dass PCL nach einem sogenannten „Massenabbau“ abgebaut wird, mit einer beschleunigten Kinetik bei den gepfropften Proben: Bei 37 °C ist die Geschwindigkeitskonstante des gepfropften PCL etwa dreimal höher als die des unbehandelten PCL bei 25 °C. Diese Beschleunigung, die auf das Pfropfungsverfahren und den hydrophilen Charakter der Sulfonatgruppen zurückgeführt wird, welche das Quellen und die Glättung der Oberfläche begünstigen, bleibt bis zu 48 Wochen erhalten, bevor ein stationärer Zustand erreicht wird. Darüber hinaus wird pNaSS größtenteils von der äußersten Oberfläche entfernt, und das Verhalten der gepfropften und der unbehandelten Materialien nähert sich an. Die FTIR, die tiefer als die XPS in das Material eindringt, weist jedoch das anhaltende Vorhandensein von pNaSS nach längerem Abbau nach. In mechanischer Hinsicht bleiben die Eigenschaften trotz des beschleunigten Abbaus während der ersten sechs Monate ausreichend stabil; nach 96 Wochen liegt die maximale Zugspannung der gepfropften Fasern weiterhin über derjenigen des nativen menschlichen Bandes.
Auf zellulärer Ebene weisen die Abbauprodukte, einschließlich derjenigen aus den gepfropften Oberflächen, keine Zytotoxizität auf. Die gepfropften Oberflächen begünstigen eine bessere anfängliche Ausbreitung der Fibroblasten – ein Vorteil, der mit zunehmender Abbaudauer tendenziell abnimmt, jedoch bis nahezu zwei Jahre erkennbar bleibt. Die Ligamentzellen behalten zudem ihren Phänotyp bei, mit einer hohen und stabilen Expression der Kollagene vom Typ I und III sowie einer fehlenden Expression von Kollagen vom Typ II, das mit der chondrogenen Linie assoziiert ist.