Medizin: Smartpflaster sorgt für schnellere Wundheilung

Im Regelfall kann der Körper kleine bis mittlere Verletzungen relativ schnell wieder ausheilen lassen. Anders ist es, wenn Menschen unter Wundheilungsstörungen leiden. Infektionen, Krankheiten oder ein geschwächtes Immunsystem können die Heilung von Wunden negativ beeinflussen. Foscher:innen haben nun eine Wund-Auflage entwickelt, die den Zustand des Auflagebereiches erfassen und den Heilungsprozess durch gezielte Stimulation fördern kann. Dabei wird auf eine Lösung unter Einsatz smarter Technologien gesetzt.

Bild: ian-Cheng Lai, Bao Group, Stanford University

Unterstützung der Wundheilung durch moderne Technologie

Ein besonders belastendes Beispiel ist das sogenannte „Offene Bein“ bei Diabetikern, einer Wunde am Fuß, die chronisch offen ist und in Extremfällen gar die Notwendigkeit einer Amputation begründen kann. Derartige Wunden sind für Betroffene oft mit hohem Leidensdruck verbunden, können sogar lebensbedrohlich werden und sind generell relativ schmerzhaft. Ihre Behandlung stellt die Medizin regelmäßig vor große Probleme.

Es gibt bereits eine Reihe von Verfahren, die darauf abzielen, die Wundheilung zu verbessern. Allerdings handelt es sich um eine herausfordernde Aufgabe, bei der Erfolge bisher eher zu wünschen übrig lassen. Die Entwicklung neuer bzw. Weiterentwicklung bestehender Methoden ist daher gefragt.

Ein Team der Stanford University setzt in Sachen Wundheilung auf moderne Technologien. Die Forscher:innen entwickelten Ansätze für tragbare Geräte weiter, mit denen eine Überwachung der Wundheilung sowie ein aktives Eingreifen zu ihrer Förderung ermöglicht werden soll.

Stromimpulse für bessere Heilung

Für den Kontakt zur Wundoberfläche ist dabei ein sogenanntes Hydrogel verantwortlich – eine flexible Polymersubstanz, die hautartig ist. Dieses Material haftet sicher an der Oberfläche der Wunde, kann aber bei Erwärmung auf wenige Grad über der Körpertemperatur sauber und schonend wieder abgezogen werden, ohne dass die darunter liegende Wunde verschlimmert wird. Das von den Forscher:innen entwickelte Hydrogel ist zudem elektrisch leitend und ermöglicht so eine Verbindung mit dem über dem Hydrogel liegenden elektrischen Teil des Systems. Dieses besteht aus einer Mikrocontroller-Einheit, mehreren Sensoren, einem elektrischen Stimulator sowie einer Antenne. Trotz des Umfangs ist diese Schicht des Systems lediglich 0,1 Millimeter dick.

Die in dem System enthaltenen Sensoren überwachen biophysikalische Parameter im Wundbereich, sodass der Zustand der Wunde in Echtzeit überwacht werden kann. Das System erfasst die Leitfähigkeits- und Temperaturänderungen der Haut. Eine steigende elektrische Impedanz ist dabei ein Zeichen für den Heilungsprozess. Zudem deutet eine sinkende Temperatur der Haut auf ein Abklingen der Entzündungsreaktion hin. Eine entgegenlaufende Entwicklung löst dann ein aktives Eingreifen des Systems aus. In diesem Fall wird die zentrale Verarbeitungseinheit des Systems aktiviert, die dann den elektrischen Stimulator in Gang setzt. Leichte Spannungsimpulse wirken sich positiv auf Heilungsprozesse aus, indem sie den Gewebeverschluss beschleunigen und Infektionsprozesse unterdrücken.

Praktische Tests verliefen erfolgreich

Dass sich die theoretische Arbeitsweise des Systems auch in die Praxis überführen lässt, hat das Team nun in Versuchen mit Mäusen gezeigt. Die Überwachungsfunktion des Systems arbeitete erfolgreich und leitete in Abhängigkeit von den gemessenen Werten die Unterstützung der Wundheilung durch die elektrischen Impulse ein. Im Mäusemodell gelang es dem System, den Wundverschluss zu beschleunigen. „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 Hau„, so die Forscher:innen. „Wir beobachteten eine Aktivierung proregenerativer Gene in Monozyten- und Makrophagen-Zellpopulationen, die die Geweberegeneration, die Neovaskularisierung und die Erholung der Haut verbessern könnten.“

Bis das System bereit für den klinischen Einsatz ist, wird allerdings noch ein wenig Zeit vergehen. Die durchgeführten Versuche zeigten vorerst nur, dass das System generell umsetzbar ist. Nun muss das Smart-Pflaster für den Einsatz an Menschen vergrößert sowie für eine Massenproduktion angepasst werden. Außerdem muss untersucht werden, wie der menschliche Körper reagiert, wenn das Hydrogel in Kontakt mit offenen Wunden kommt. Die Forscher:innen sind allerdings optimistisch und gehen davon aus, dass das System eines Tages für die Behandlung chronischer Wunden zum Einsatz kommen kann.

via Stanford Wearable Electronics Initiative, Nature Biotechnology