Chronische Wunden: Smartes Pflaster soll Heilung beschleunigen

Pflaster aus dem 3D-Drucker
Das Pflaster wird im 3D-Drucker passgenau hergestellt und durch grünes Licht aktiviert. Foto: Leonard Siebert

Eine internationale Kooperation aus Materialwissenschaft und Medizin entwickelt derzeit individuell aktivierbare Gelpflaster aus dem 3D-Drucker. Ziel ist die wirkungsvollere Behandlung chronischer Wunden.

Durchblutungsstörungen, eine Diabetes-Erkrankung oder langes Liegen auf derselben Stelle können zu chronischen Wunden führen, die auch nach Wochen nicht abheilen. Wirkungsvolle Behandlungsmöglichkeiten gibt es kaum. Ein Forschungsteam aus den Materialwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat zusammen mit Kolleginnen und Kollegen des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein (UKSH), der Harvard Medical School, USA, und der Dankook University, Südkorea, ein Wundpflaster mit heilungsfördernden Funktionen entwickelt, die patientenspezifisch angepasst werden können.

Das mittels 3D-Druck hergestellte Pflaster wirkt antibakteriell, versorgt die Wunde mit Sauerstoff sowie Feuchtigkeit und unterstützt die Bildung von neuem Gewebe. Durch die Bestrahlung mit speziellem Licht wird die Wirkung aktiviert und gesteuert.

Hydrogel und grünes Licht

Basis des neu entwickelten Pflasters ist ein medizinisches Hydrogel. Durch seinen hohen Wassergehalt von 90 Prozent kann das Pflaster chronische trockene Wunden optimal versorgen. Wichtigster Bestandteil sind jedoch antibakteriell wirkende Zinkoxid-Mikropartikel, die auf Licht reagieren und von den Kieler Materialforschenden entwickelt wurden. Gemeinsam mit einem Team des Brigham and Women’s Hospitals der Harvard Medical School fanden sie einen Weg, um auf den Mikropartikeln spezielle Proteine aufzubringen. Mit zellschonendem grünem Licht werden die Proteine aktiviert und regen so die Bildung neuer Blutgefäße an. Durch die verbesserte Durchblutung entsteht neues Gewebe – und die Wunde kann sich schließen.

Kliniken sollen individuelle Pflaster langfristig selbst herstellen können

„Indem wir die Wirkung des Pflasters mit Licht steuern, können wir den Verlauf und die Dosierung der Therapie an die individuellen Bedürfnisse von Patientinnen und Patienten anpassen“, sagt Rainer Adelung, Professor für Funktionale Nanomaterialien am Institut für Materialwissenschaft der CAU und Sprecher des Graduiertenkollegs „Materials for Brain“. Die Materiawissenschaft spricht hier von einem „smart“ Material, das selbstständig auf äußere Reize reagiert und darüber kontrolliert werden kann. Ähnlich funktionierende Hydrogelpflaster, die ebenfalls gezielt aktiviert werden können, existieren bereits – sie entfalten ihre therapeutische Wirkung allerdings durch Wärme oder elektrische Signale. „Diese Konzepte haben jedoch den Nachteil, dass sich dabei auch die Wunde erwärmt und Hydrogele sich zu zersetzen beginnen“, erklärt Adelung.

Das Forschungsteam hofft, dass Kliniken das multifunktionales, steuerbares Pflaster langfristig selbst im 3D-Drucker herstellen und mit sehr hellen, grünen LEDs direkt an den Patientinnen und Patienten aktivieren können. „Per 3D-Druck lässt sich sowohl die Form des Pflasters als auch die Konzentration der Zinkoxidpartikel und die Proteinsorte individuell anpassen“, sagt Dr. Leonard Siebert, der an der CAU gerade seine Promotion zu innovativen 3D-Druck-Methoden abgeschlossen hat.

Nachdem die ersten Tests gezeigt haben, dass ihr Konzept grundsätzlich gut funktioniert, wollen die Forschenden jetzt die Steuerung per Licht noch weiter verbessern, um Patientinnen und Patienten künftig eine effektivere personalisierte Wundbehandlung anbieten zu können.

Originalpublikation
Leonard Siebert, Eder Luna-Cerón, Luis Enrique García-Rivera, Junsung Oh, JunHwee Jang, Diego A. Rosas-Gómez, Mitzi D. Pérez-Gómez, Gregor Maschkowitz, Helmut Fickenscher, Daniela Oceguera-Cuevas, Carmen G. Holguín-León, Batzaya Byambaa, Mohammad A. Hussain, Eduardo Enciso-Martínez, Minsung Cho, Yuhan Lee, Nebras Sobahi, Anwarul Hasan, Dennis P. Orgill, Yogendra Kumar Mishra, Rainer Adelung, Eunjung Lee, Su Ryon Shin. Light-Controlled Growth Factors Release on Tetrapodal ZnO-Incorporated 3D-Printed Hydrogels for Developing Smart Wound Scaffold, Adv. Funct. Mater., Volume 31, Issue 22, May 26, 2021, 2007555, https://doi.org/10.1002/adfm.202007555

 

Quelle: Christian-Albrechts-Universität zu Kiel | Cornelia Meier