Bioingenieure testen biologisch abbaubare Bandagen zur Behandlung chronischer Wunden

17. August 2023

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von Kim Krieger, University of Connecticut

Chronische Hautwunden, die nie heilen, können entstellend und schmerzhaft sein. In der Fachzeitschrift Biomaterials beschreiben Bioingenieure der University of Connecticut ein spezielles Gerüst für neue Haut, das auch Bakterien abtötet. Ihre Erfindung hat das Potenzial, vielen Menschen bei der Heilung zu helfen und die Entstehung neuer chronischer Wunden von vornherein zu verhindern.

Chronische Wunden sind Wunden, die langsam oder gar nicht heilen. Sie können durch Verbrennungen oder andere Traumata oder durch Komplikationen von Diabetes und Nierenerkrankungen verursacht werden. Und solche Wunden werden normalerweise durch Infektionen verschlimmert. Nach Angaben von Medicare sind in den USA etwa 8,2 Millionen Menschen von chronischen Wunden betroffen, weltweit noch viel mehr. Die wirtschaftlichen Kosten für die Gesellschaft liegen im zweistelligen Milliardenbereich, und die menschlichen Kosten sind sogar noch höher: Beispielsweise liegt die Sterblichkeitsrate bei diabetischen Fußgeschwüren, einer häufigen Form chronischer Wunden, innerhalb von fünf Jahren bei etwa 30 %.

Trotz der enormen Belastungen, die chronische Wunden mit sich bringen, gibt es nur wenige gute Behandlungsmöglichkeiten. Und die chronischen Infektionen dieser Wunden sind schmerzhaft zu behandeln und schwer zu beseitigen.

Der biomedizinische Ingenieur Thanh Nguyen von UConn und Kollegen von UConn, der UConn School of Medicine, der Boston University und der New York University haben einen biologisch abbaubaren Verband entwickelt, der die Wunde abdecken und das Wachstum neuer Haut fördern und gleichzeitig Bakterien abwehren kann. Die Abteilung für Biomedizintechnik an der UConn ist eine gemeinsame Abteilung mit der UConn School of Dental Medicine, der School of Medicine und der School of Engineering.

„Wundheilung ist ein komplexer Prozess. Der Blutfluss wird gestört und es kommt zu Blutgerinnseln. Dann kommt es zu einer Entzündung, die alle Bakterien in der Wunde abtötet. Dann wird auf Regeneration umgestellt“, sagt Nguyen. So wirkt es bei typischerweise heilenden Wunden. Aber bei chronischen Wunden gibt es immer eine Infektion, die zu einer nicht enden wollenden Entzündung führt, und es kann keine Regeneration stattfinden. Der Körper kann die Infektionen aufgrund von Beeinträchtigungen durch Diabetes oder andere Erkrankungen nicht überwinden.

Ärzte können das infizierte Gewebe manuell debridieren, indem sie es also mit einem Skalpell abkratzen. Dies ist jedoch recht schmerzhaft und nicht immer wirksam.

„Die langsame Heilungsrate chronischer Wunden erhöht das Infektionsrisiko und das Auftreten einer Infektion verlangsamt die Heilung noch weiter, was zu einem schmerzhaften Kreislauf führt. Der von uns entwickelte Verband verbessert die Wundheilung und beugt gleichzeitig Infektionen vor, die den Patienten aus der Wunde bringen sollen in diesem Zyklus“, sagt Ritopa Das, ein Ph.D. Student der Bioingenieurwissenschaften und Erstautor der Arbeit.

Der von Nguyen und seinen Kollegen entwickelte biologisch abbaubare Verband besteht aus einem Polymer, das beim Biegen elektrische Ladung erzeugt (die Forscher verwendeten dazu einmal täglich Ultraschall). Das Polymer ist so gewebt, dass die Seite, die die Wunde berührt, positiv ist Ladung, die das Nachwachsen der Hautzellen fördert.

Die nach außen gerichtete Seite ist negativ geladen und reagiert mit Wasser unter Bildung von Molekülen, die Bakterien abtöten. Und die Nanotextur des Polymers lässt die Haut tatsächlich hineinwachsen. Das ungiftige Polymer löst sich langsam im Körper auf, sodass der Verband nicht mehr entfernt werden muss und die neue Haut nicht beschädigt wird.

Das Gerät heilte große Wunden bei Mäusen schneller als die nächstgelegene kommerziell erhältliche Behandlung. Die Forscher hoffen, es bald an größeren Tieren testen zu können.

Mehr Informationen: Ritopa Das et al, Biologisch abbaubares piezoelektrisches Gerüst für Hautwunden, Biomaterialien (2023). DOI: 10.1016/j.biomaterials.2023.122270