Forscher entwickeln 3D-gedruckte Bandagen, die eine innovative Behandlung diabetischer Fußgeschwüre ermöglichen

27. Juli 2023

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von der Queen's University Belfast

Forscher der Queen's University Belfast haben einen neuen 3D-gedruckten Verband namens Scaffold entwickelt, der eine innovative Behandlungsmethode zur Heilung diabetischer Fußgeschwüre (DFUs) darstellt.

Die Forschung ist die erste ihrer Art und ein Durchbruch für die Diabetesbehandlung. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift Biomaterials Advances veröffentlicht.

Die neue Entdeckung kombiniert Lipid-Nanopartikel und Hydrogele, die zur Herstellung personalisierter hautähnlicher 3D-gedruckter Gerüste verwendet werden. Diese Gerüste haben die Fähigkeit, sowohl eine große Menge als auch eine anhaltende Freisetzung antibiotikabeladener Moleküle zur Behandlung diabetischer Geschwüre freizusetzen.

Es hat sich gezeigt, dass diese Kombination die Patientenergebnisse erheblich verbessert und den zusätzlichen Vorteil hat, dass sie eine nachhaltigere, effizientere und kostengünstigere Behandlungsmethode darstellt, da diese Gerüste künftig „einfach“ im Krankenhausumfeld hergestellt werden können.

Dieser Ansatz verkürzt auch die Zeit für medizinisches Fachpersonal und verbessert die Patientenversorgung, da der Wundverband überwacht werden kann und die erforderliche Behandlung bereitstellt, ohne dass er wiederholt an- und abgenommen werden muss, damit das medizinische Fachpersonal den Heilungsprozess überprüfen kann.

Diabetes ist eine lebenslange Erkrankung, die dazu führt, dass der Blutzuckerspiegel einer Person zu hoch ansteigt. Sie gehört weltweit zu den zehn häufigsten Todesursachen. DFUs sind eine schwerwiegende Komplikation von Diabetes und betreffen etwa 25 % der Diabetiker. Bei der Identifizierung sind über 50 % bereits infiziert und über 70 % der Fälle führen zu einer Amputation der unteren Gliedmaßen.

Als Strategie zur Bewältigung von DFUs sind Hautalternativen und Wundauflagen erfolgreiche Behandlungen, da sie die Wundumgebung „unter Kontrolle“ halten und gleichzeitig bioaktive Verbindungen bereitstellen, die bei der Bewältigung von Infektionen und Entzündungen helfen und die Gewebereparatur fördern.

Dies ist ein komplexer Prozess, der mehrere kombinierte Therapieansätze erfordert. Daher ist die Behandlung von DFU mit einer erheblichen klinischen und wirtschaftlichen Belastung verbunden. Darüber hinaus sind diese Behandlungen oft erfolglos und führen häufig zu einer Amputation der unteren Gliedmaßen.

Der Einsatz medikamentenbeladener Gerüste zur Behandlung von DFUs hat sich bereits zuvor von demselben Team als erfolgreich erwiesen. Um dieses neue Gerüst zu schaffen, nutzte das Forschungsteam eine 3D-Bioprinting-Technik, die in einem einzigen Filament zwei verschiedene Biotinten kombiniert.

Der innere Kern des Filaments ist ein Nanokomposit-Hydrogel, das mit Thymianöl verkapselte Lipid-Nanopartikel enthält. Die äußere Hülle des Filaments besteht aus einem Hybrid-Hydrogel und ist mit freiem Thymianöl angereichert. Thymianöl und andere ätherische Öle haben eine vielversprechende Zukunft als rein natürlicher Antibiotika-Ersatz und tragen dazu bei, das Problem zunehmender Antibiotikaresistenzen anzugehen.

Diese Kombination sorgt für zwei unterschiedliche Freisetzungsverhältnisse des Arzneimittelmoleküls; eine Massenfreisetzung für die ersten 24 Stunden und eine anhaltende Freisetzung für bis zu 10 Tage. Dies ermöglicht eine anfängliche Krankheitsprävention nach der Verabreichung, die möglicherweise der Zeitpunkt mit dem höchsten Risiko ist, gefolgt von einer nachhaltigen Infektionsprävention während der folgenden Tage der antimikrobiellen Wirksamkeit.

Professor Dimitrios Lamprou, Leiter des Projekts und Lehrstuhlinhaber für Biofabrikation und fortschrittliche Fertigung an der School of Pharmacy der Queen's University Belfast, sagte: „Dieser innovative, personalisierte und nachhaltige Ansatz sorgt für die Heilung, die für diabetische Fußgeschwüre erforderlich ist, um diese zu vermeiden.“ Komplikationen und ermöglicht es Ärzten, die Heilung ständig zu überwachen. Dadurch wird vermieden, dass der Verband ständig entfernt werden muss, was zu Infektionen führen und den Heilungsprozess verzögern kann. Mediziner müssen auch die Medikamentendosis nicht ändern, da diese doppelte Freisetzung diesen Bedarf unterstützt.“

Dr. Matthew Wylie, Dozent an der School of Pharmacy der Queen's University Belfast und verantwortlich für die In-vitro-Bewertung der antibakteriellen Aktivität dieser neuartigen Bandagen, sagte: „Diabetische Fußgeschwüre sind chronische Wunden, die sehr anfällig für Infektionen sind, die zum Tod von Gliedmaßen oder zum Leben führen können.“ - bedrohliche Komplikationen. Unser natürlicher liposomaler antibakterieller Ansatz hat vielversprechende erste antibakterielle Ergebnisse gezeigt, die das Potenzial dieser Strategie unterstreichen, die bakterielle Besiedlung in den entscheidenden frühen Phasen der Wundheilung zu verhindern und die Wunde längerfristig zu schützen.

„Eine verbesserte Wundbehandlung wird nicht nur die Lebensqualität der Patienten verbessern, sondern könnte auch die Notwendigkeit einer herkömmlichen Antibiotikatherapie verringern, ein wichtiges Ziel im Kampf gegen die Entwicklung antimikrobieller Resistenzen.“

Mehr Informationen: Costanza Fratini et al, Kombination von Mikrofluidik und koaxialem 3D-Biodruck für die Herstellung diabetischer Wundheilungsverbände, Biomaterials Advances (2023). DOI: 10.1016/j.bioadv.2023.213557