Hoffnung für Menschen mit Heilungsproblemen: Forscher haben den Prototyp einer Wund-Auflage entwickelt, die drahtlos den Zustand des Bereichs erfassen sowie den Heilungsprozess durch Stimulation fördern kann. Ein „sanftes“ Haft-Hydrogel verbindet dabei die Gewebeoberfläche mit der Elektronik des Systems, die Sensoren, eine Kommunikationsantenne und eine Einheit zur elektrischen Stimulation umfasst. In Versuchen an Mäusen hat das Konzept bereits vielversprechende Erfolge gezeigt, berichten die Wissenschaftler.

Meist kann der Körper Schäden problemlos wieder reparieren – doch bei vielen Menschen gilt das leider nicht: Infektionen, Krankheiten wie Diabetes und ein geschwächtes Immunsystem können dazu führen, dass Wunden schlecht verheilen. Das sogenannte „Offene Bein“ gehört etwa zu diesen chronischen Fällen. Sie können enormen Leidensdruck verursachen und auch lebensbedrohliche Folgen haben. Das Problem besitzt dadurch große medizinische Bedeutung und belastet durch den Behandlungsaufwand zudem das Gesundheitssystem.

Um die Wundheilung zu verbessern, werden bereits eine ganze Reihe unterschiedlicher Verfahren angewendet. Doch noch immer lassen die Erfolge zu wünschen übrig – die Weiterentwicklung von Behandlungsmethoden ist deshalb gefragt. Ein Forscherteam der Stanford University setzten dabei auf Technik. Sie entwickeln bisherige Ansätze für tragbare Geräte weiter, die eine Überwachung und ein aktives Eingreifen zur Förderung der Heilung chronischer Wunden ermöglichen sollen. Nun präsentieren sie ihr elektronisches Konzept, aus dem sich ihnen zufolge ein praktikables System entwickeln könnte.

Ein Hydrogel und schlanke Elektronik

Bei der Komponente, die den Kontakt zur Wundoberfläche herstellt, handelt es sich um ein sogenanntes Hydrogel – eine flexible, hautartige Polymersubstanz. Das Material ist so konzipiert, dass es sicher an der Wundoberfläche haftet, sich aber bei Bedarf durch eine Erwärmung auf nur wenige Grad über der Körpertemperatur sauber und sanft ablösen lässt, ohne die Wunde zu beschädigen. Das Hydrogel besitzt zudem leitende Eigenschaften, die eine Verbindung mit der darüberlegenden elektronischen Komponente des Systems ermöglicht. Diese umfasst eine Mikrocontroller-Einheit, Sensoren, einen elektrischen Stimulator und eine Antenne zur Kommunikation mit einem Mobiltelefon. Es ist den Wissenschaftlern gelungen, dieses Elektronik-Ensemble ausgesprochen schlank zu gestalten: Es bildet eine nur 0,1 Millimeter hohe Schicht.

Wie das Team erklärt, überwachen die enthaltenen Sensoren biophysikalische Veränderungen im Wundbereich und bieten so eine Möglichkeit zur Messung des Zustands in Echtzeit. Konkret erfassen sie Leitfähigkeits- und Temperaturänderungen in der Haut. Wenn dabei die sogenannte elektrische Impedanz steigt, ist das ein Zeichen für Heilungsprozesse und wenn die lokale Temperatur sinkt, zeichnet sich ein Abklingen der Entzündung ab. Bei gegensätzlichen Entwicklungen kann das System dann eingreifen. Heilt die Wunde schlecht oder wird eine Infektion festgestellt, wird die zentrale Verarbeitungseinheit aktiviert, die dann die Einheit zur elektrischen Stimulation in Gang setzt. Wie die Forscher erklären, ist bekannt, dass sich leichte Spannungsimpulse bei Heilungsprozessen günstig auswirken: Sie können den Gewebeverschluss beschleunigen und Infektionsprozesse unterdrücken.

Vielversprechende Testerfolge

Soweit die Theorie. Dass das System halten kann, was es verspricht, konnten die Forscher dann durch Versuche an Mäusen belegen. Das Wundversorgungssystem lieferte demnach erfolgreich Überwachungsdaten und leitete in Abhängigkeit von den Werten die elektrischen Stimulationen ein. Dies zeigte auch Erfolg: Das System konnte den Wundverschluss im Mausmodell fördern, die Durchblutung des Gewebes erhöhen und die Narbenbildung reduzieren. „Bei den Versuchen heilten die Wunden bei der Behandlungs- im Vergleich zur Kontrollgruppe um 25 Prozent schneller und mit einer um 50 Prozent verbesserten Regeneration der Haut“, schreiben die Forscher. Untersuchungen des Gewebes gaben zudem Hinweise auf die verantwortlichen Prozesse: „Wir beobachteten eine Aktivierung proregenerativer Gene in Monozyten- und Makrophagen-Zellpopulationen, die die Geweberegeneration, die Neovaskularisierung und die Erholung der Haut verbessern könnten“, so die Wissenschaftler.

Es zeichnet sich also erhebliches Potenzial für die Methode ab. Wie das Team betont, wird es aber wohl noch dauern, bis das Konzept reif für den klinischen Einsatz ist, denn bisher handelt es sich erst um einen Nachweis der generellen Machbarkeit. Unter anderem werden sie sich nun der Aufgabe widmen, das Smart-Pflaster für den Einsatz beim Menschen zu vergrößern. Eine Herausforderung ist dabei auch, es für eine Massenproduktion zu konzipieren, um die Kosten gering zu halten. Außerdem muss geklärt werden, wie Wunden beim Menschen auf den Kontakt mit dem Hydrogel reagieren. Trotz dieser Hürden sind die Entwickler aber optimistisch, dass ihr System eines Tages Patienten mit chronischen Wunden zugutekommen kann.

Quelle: Stanford Wearable Electronics Initiative, Fachartikel: Nature Biotechnology, doi: 10.1038/s41587-022-01528-3

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