Ein internationales Forscherteam, zum dem auch deutsche Wissenschaftler aus Schleswig-Holstein zählen, hat ein 3D-gedrucktes Wundpflaster entwickelt, das dabei helfen soll, chronische Wunden zu heilen. Die Wirkung im „smarten Pflaster“ wird durch grünes Licht aktiviert. Bei zwei typischen Wundkeimen erwies sich das Pflaster bereits als nützlich und außerdem verträglich. In einer Arbeit im Fachjournal Advanced Functional Materials haben die Forscher ihre Ergebnisse veröffentlicht, welche wir im folgenden Beitrag einmal zusammenfassend wiedergeben.

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Ein Team von Forschern aus den Materialwissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat mit Partnern des Universitätsklinikums Schleswig-Holstein (UKSH), der Harvard Medical School in den USA, und der Dankook University in Südkorea mit Hilfe von 3D-Druck ein Wundpflaster entwickelt, das die Heilung chronischer Wunden fördern soll. Das antibakteriell wirkende Pflaster wird an den Patienten exakt angepasst, versorgt die Wunde mit Sauerstoff und Feuchtigkeit und hilft bei der Bildung von neuem Gewebe.

Um seine Wirkung zu aktivieren, wird es mit speziellem Licht bestrahlt. In der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials haben die Forscher ihre Arbeit mit dem Titel „Light-Controlled Growth Factors Release on Tetrapodal ZnO-Incorporated 3D-Printed Hydrogels for Developing Smart Wound Scaffold“ vorgestellt. Forschern aus Kanada gelang es, einen Bioprinter zur Behandlung tiefer Hautwunden zu entwickeln. Im Februar 2020 erreichte der Drucker aus Kanada die nächste Entwicklungsstufe.

Details zum 3D-gedruckten Wundpflaster

Ein hoher Wassergehalt von 90% und vergleichsweise große Zwischenräume im Pflaster helfen bei der Heilung chronisch trockener Wunden. Von Forschern aus Kiel erzeugte antibakteriell wirkende Zinkoxid-Mikropartikel wurden mit speziellen Proteinen, die an der Harvard Medical School entwickelt wurden, ausgestattet. Zellschonendes grünes Licht aktiviert die Proteine und regt die Bildung neuer Blutgefäße an. Durch die verbesserte Durchblutung wird neues Gewebe gebildet und die Wunde schließt sich.

Rainer Adelung, Professor für Funktionale Nanomaterialien am Institut für Materialwissenschaft der CAU und Sprecher des Graduiertenkollegs „Materials for Brain“, sagt:

„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.“

Die Forscher hoffen, dass die Kliniken ihr multifunktionales Pflaster selbst im 3D-Drucker herstellen und mit hellen, grünen LEDs aktivieren können.

Erstautor Dr. Leonard Siebert erklärt:

„Per 3D-Druck lässt sich sowohl die Form des Pflasters als auch die Konzentration der Zinkoxidpartikel und die Proteinsorte individuell anpassen. Unsere Partikel haben eine Tetrapodenform, sie bestehen also aus mehreren ‚Armen‘. Dadurch lassen sich zwar besonders viele unserer wichtigen Proteine auf ihnen anbringen, aber sie passen nicht durch herkömmliche Druckerdüsen.“

Siebert entwickelte eine Methode, um die Zinkoxid-Partikel zusammen mit den Hydrogelen drucken zu können.

Smartes Wundpflaster
Das 3D-gedruckte Wundpflaster (im Bild) kann individuell an den Patienten angepasst werden (Bild © Leonard Siebert).

Erfolgreiche Tests

Infektionsmediziner Prof. Helmut Fickenscher und sein Team testeten die antibakterielle Wirkung des Pflasters. Dazu legten sie es 72 Stunden auf einen Bakterienteppich und merkten, dass sich die Bakterien in einem Umkreis von mehreren Millimetern um das Pflaster nicht weiter ausbreiten. Bei den beiden typischen Wundkeimen Staphylococcus aureus und Pseudomonas aeruginosa zeigte das Pflaster eine therapeutische Wirkung. Das Pflaster erwies sich in weiteren Tests als sehr verträglich und effektiv. Nun wollen die Forscher die Steuerung per Licht noch verbessern, um die Wundbehandlung weiter zu optimieren.

Professor Fickenscher fasst zusammen:

„Dieses Pflaster ist ein spannendes Konzept für die personalisierte Medizin, um Menschen mit auf sie zugeschnittenen Therapien möglichst gezielt, effektiv und schonend zu behandeln. Es ist ein konkretes Beispiel für das vielversprechende Potenzial der Zusammenarbeit von Medizin und Materialwissenschaft, die künftig immer wichtiger werden wird.“

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