Wissenschaftler entwickeln eine „intelligente“ Wundheilungstechnik
Neue Forschung, veröffentlicht in der Zeitschrift Fortgeschrittene Werkstoffeebnet den Weg für „eine neue Generation von Materialien, die aktiv mit Geweben arbeiten, um die Wundheilung voranzutreiben“.
Da in den USA immer mehr chirurgische Eingriffe durchgeführt werden, steigt auch die Zahl der Infektionen an Operationsstellen.
Chronische Wunden, die nicht heilen - wie sie beispielsweise bei Diabetes auftreten - beherbergen häufig eine Vielzahl von Bakterien in Form eines Biofilms.
Solche Biofilmbakterien sind oft sehr widerstandsfähig gegen Behandlungen, und eine Antibiotikaresistenz erhöht nur die Wahrscheinlichkeit, dass diese Wunden infiziert werden.
Jüngsten Schätzungen zufolge sind in den USA etwa 5,7 Millionen Menschen von chronischen Wunden betroffen. Einige chronische Wunden können zu Amputationen führen, wie dies bei diabetischen Geschwüren der Fall ist.
Auf globaler Ebene schätzen die Forscher, dass alle 30 Sekunden ein chronisches, nicht heilendes diabetisches Geschwür eine Amputation verursacht.
In diesem Zusammenhang besteht ein dringender Bedarf an innovativen, wirksamen Wundheilungsmethoden. Neue Forschungsergebnisse sind in dieser Hinsicht vielversprechend, da Wissenschaftler ein Molekül entwickelt haben, das die natürlichen Heilkräfte des Körpers nutzt.
Die Moleküle werden als traktionskraftaktivierte Nutzlasten (TrAPs) bezeichnet. Sie sind Wachstumsfaktoren, die dazu beitragen, dass Materialien wie Kollagen natürlicher mit dem Körpergewebe interagieren.
Ben Almquist, Ph.D., Dozent am Department of Engineering am Imperial College London in Großbritannien, leitete die neue Forschung.
TrAP-Technologie und Wundheilung
Materialien wie Kollagen werden häufig bei der Wundheilung verwendet. Beispielsweise können Kollagenschwämme Verbrennungsverletzungen behandeln, und Kollagenimplantate können die Knochenregeneration unterstützen.
Aber wie interagiert Kollagen mit Gewebe? Bei sogenannten Gerüstimplantaten bewegen sich Zellen durch die Kollagenstruktur und ziehen das Gerüst mit sich. Dies löst heilende Proteine wie Wachstumsfaktoren aus, die das Gewebe regenerieren.
In der neuen Studie haben Almquist und das Team TrAP-Moleküle entwickelt, um diesen natürlichen Prozess wiederherzustellen. Die Wissenschaftler "falteten" DNA-Stränge zu Aptameren, dreidimensionalen Formen, die an Proteine binden.
Dann entwarfen sie einen „Griff“, den die Zellen greifen können. Sie befestigten Zellen an einem Ende des Griffs und ein Kollagengerüst am anderen Ende.
Labortests ergaben, dass die Zellen die TrAPs mit sich zogen, während sie sich durch die Kollagenimplantate bewegten. Dies wiederum aktivierte Wachstumsproteine, die den Heilungsprozess im Gewebe auslösten.
Die Wissenschaftler erklären, dass diese Technik Heilungsprozesse nachbildet, die in der ganzen natürlichen Welt existieren. "Die Nutzung der Zellbewegung zur Aktivierung der Heilung findet sich bei Kreaturen, die von Seeschwämmen bis hin zu Menschen reichen", sagt Almquist.
„Unser Ansatz ahmt sie nach und arbeitet aktiv mit den verschiedenen Arten von Zellen zusammen, die im Laufe der Zeit in unser beschädigtes Gewebe gelangen, um die Heilung zu fördern“, fügt er hinzu.
Eine „neue Generation“ von Heilmaterialien
Die Forschung ergab auch, dass das Optimieren des Zellgriffs den Zelltyp ändert, der sich an die TrAPs anheften und daran festhalten kann.
Dies ermöglicht es TrAPs wiederum, personalisierte regenerative Proteine basierend auf den Zellen freizusetzen, die an den Griff gebunden sind.
Diese Anpassungsfähigkeit an verschiedene Zelltypen bedeutet, dass die Technik auf verschiedene Arten von Wunden angewendet werden kann - von Knochenbrüchen bis zu durch Herzinfarkte verursachten Verletzungen des Narbengewebes und von Nervenschäden bis zu diabetischen Geschwüren.
Schließlich sind Aptamere bereits als Arzneimittel für die klinische Anwendung beim Menschen zugelassen, was bedeuten könnte, dass die TrAP-Technik eher früher als später allgemein verfügbar wird.
„Die TrAP-Technologie bietet eine flexible Methode, um Materialien zu erstellen, die aktiv mit der Wunde kommunizieren und wichtige Anweisungen geben, wann und wo sie benötigt werden“, erklärt Almquist.
"Diese Art der intelligenten, dynamischen Heilung ist in jeder Phase des Heilungsprozesses nützlich, hat das Potenzial, die Heilungschancen des Körpers zu erhöhen, und hat weitreichende Anwendungen bei vielen verschiedenen Arten von Wunden", fügt er hinzu.
Der Forscher kommt zu dem Schluss: "Seine Technologie hat das Potenzial, als Leiter der Wundreparatur zu fungieren und im Laufe der Zeit verschiedene Zellen zu orchestrieren, um gemeinsam geschädigtes Gewebe zu heilen."
"Unsere Technologie könnte dazu beitragen, eine neue Generation von Materialien auf den Markt zu bringen, die aktiv mit Geweben arbeiten, um die Heilung voranzutreiben."
Ben Almquist, Ph.D.
