Wenn eine Person eine Wunde entwickelt, besteht das Ziel immer darin, diese Wunde so schnell wie möglich zu schließen. Andernfalls ist eine offene Wunde anfällig für Infektionen. Das gilt insbesondere für Risikogruppen. Bei Menschen mit Diabetes verläuft die Wundheilung oft nicht so effektiv, Infektionen sind schwieriger zu behandeln und gefährlicher. Für diese Personen besteht ein großer Bedarf an kostengünstigen Lösungen, die wirklich funktionieren.
Neuer Verband heilt diabetische Geschwüre um 30 Prozent schneller
Diabetische Geschwüre sind häufiger als man denkt, denn 15 Prozent aller Diabetiker entwickeln chronische Wunden, und letztendlich Geschwüre. Von allen Menschen mit chronischen Wunden bilden sich in rund 1,5 Millionen Fällen Geschwüre. Dies trägt bei Diabetikern zu einem 15-mal höheren Risiko bei, dass ein Körperteil entfernt werden muss. Da Diabetes Nervenschäden verursachen kann, die zu Taubheit führen, können Menschen mit Diabetes eine einfache Blase oder einen kleinen Kratzer erleiden, der unbemerkt und unbehandelt bleibt. Da hohe Glukosespiegel auch die Kapillarwände verdicken, verlangsamt sich die Blutzirkulation, was die Heilung dieser Wunden erschwert.
Forscher der Northwestern Universität wollten herausfinden, ob eine elektrische Stimulationstherapie helfen könnte, diese hartnäckigen Wunden zu schließen. Die Forscher haben einen kleinen, flexiblen, dehnbaren Verband entwickelt, der die Heilung beschleunigt, indem er Elektrotherapie direkt an der Wundstelle abgibt. Die Bandage überwacht auch aktiv den Heilungsprozess und löst sich dann – mit Elektroden und allem – harmlos im Körper auf, wenn sie nicht mehr benötigt wird. In einer Tierstudie heilte der neue Verband diabetische Geschwüre um 30 Prozent schneller als bei Mäusen ohne Verband. Das neue Gerät könnte ein leistungsstarkes Hilfsmittel für Patienten mit Diabetes sein, deren Geschwüre zu verschiedenen Komplikationen führen können, einschließlich amputierter Gliedmaßen oder sogar zum Tod. Die Forschungsergebnisse wurden in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
Heilungsprozess kann besser überwacht werden
Bei dem Verband handelt es sich um den ersten bioresorbierbaren Verband, der Elektrotherapie abgeben kann, und das erste Beispiel für ein intelligentes regeneratives System. Der neue Verband ist laut den Forschern kostengünstig, einfach anzulegen, anpassungsfähig, bequem und effizient beim Wundverschluss, um Infektionen und weiteren Komplikationen vorzubeugen. Obwohl es sich um ein elektronisches Gerät handelt, sind die aktiven Komponenten, die mit dem Wundbett in Verbindung stehen, vollständig resorbierbar. Die Materialien verschwinden nach Abschluss des Heilungsprozesses auf natürliche Weise, wodurch jegliche Schädigung des Gewebes vermieden wird, die sonst durch eine physikalische Extraktion verursacht werden könnte. Laut den Forschern können Verletzungen die normalen elektrischen Signale des Körpers stören. Durch die Anwendung elektrischer Stimulation werden die normalen Signale des Körpers wiederhergestellt und neue Zellen angezogen, die zum Wundbett wandern.
Die Forscher und ihre Teams entwickelten einen kleinen, flexiblen Verband, der sich sanft um die Verletzungsstelle wickelt. Eine Seite des intelligenten regenerativen Systems enthält zwei Elektroden: Eine winzige blumenförmige Elektrode, die direkt auf dem Wundbett sitzt, und eine ringförmige Elektrode, die auf gesundem Gewebe sitzt und die gesamte Wunde umgibt. Die andere Seite des Geräts enthält eine Energiegewinnungsspule zur Stromversorgung des Systems und ein Nahfeldkommunikationssystem (NFC) zur drahtlosen Übertragung von Daten in Echtzeit. Das Team hat auch Sensoren eingebaut, die beurteilen können, wie gut die Wunde heilt. Durch Messen des Widerstands des elektrischen Stroms durch die Wunde können Ärzte den Fortschritt überwachen. Eine allmähliche Abnahme der Strommessung bezieht sich direkt auf den Heilungsprozess. Wenn also der Strom hoch bleibt, wissen die Ärzte, dass etwas nicht stimmt.
In einer Kleintiermodellstudie wandten die Forscher die elektrische Stimulation nur 30 Minuten am Tag an. Schon diese kurze Zeit beschleunigte die Schließung der Wunde um 30 Prozent. Wenn die Wunde verheilt ist, löst sich die blumenförmige Elektrode einfach im Körper auf, sodass sie nicht entfernt werden muss. Das Team stellte die Elektroden aus einem Metall namens Molybdän her, das in elektronischen und Halbleiteranwendungen weit verbreitet ist. Sie entdeckten, dass Molybdän, wenn es dünn genug ist, biologisch abgebaut werden kann. Außerdem stört es den Heilungsprozess nicht. Als nächstes plant das Team, seinen Verband für diabetische Geschwüre in einem größeren Tiermodell zu testen. Dann wollen sie es an Menschen testen.
Wundheilung bei Brandverletzungen langsamer
Zellbiologen unterscheiden vier Phasen der Wundheilung: Blutstillung, Entzündung, Gewebeneubildung und Gewebestärkung. Während der Entzündungs- und Entstehungsphase sollen Immunzellen Bakterien und abgestorbene Zellen aus der Wunde entfernen. Sie aktivieren auch Fibroblasten und Blutgefäße, um mit der Reparatur zu beginnen. Diese Bindegewebszellen weisen eine circadiane Zeitmessung auf, die ihrer biologischen Funktion einen ungefähr 24-Stunden Rhythmus verleiht. Aus diesem Grund zeigen Forschungen, dass vor allem das richtige Timing für die Gesundheitsversorgung von wesentlicher Bedeutung sein kann. Abhängig von der Verletzung können das Ausmaß und die Dauer der vier Phasen je nach Wundtyp stark variieren. Da Schnittwunden gut durchblutet sind, neigen sie dazu, effektiv zu heilen. Bei Verbrennungen werden die Blutgefäße jedoch verödet, wodurch verhindert wird, dass Blut in das Wundbett gelangt, und der Heilungsprozess verlangsamt wird.
Forscher der Boston University und der Harvard University haben ein biomimetisches Modell entwickelt, um die Wundheilung bei Brand- und Schnittwunden zu untersuchen. Sie entdeckten, dass Fibroblasten – normalerweise als Bauzellen betrachtet, die Geweben und Organen Form und Stärke verleihen – beschädigtes Gewebe entfernen, bevor sie neues Material ablagern. Dieser Teil des Heilungsprozesses ist bei Brandwunden langsamer, wo mehr Gewebeschäden vorhanden sind. Um zu untersuchen, wie sich die Art der Verletzung auf die Heilungsrate von Wunden auswirkt, entwarf das Team ein In-vitro-Modellsystem aus Fibroblasten, die in ein Kollagenhydrogel eingebettet waren. In diesem Mikrogewebe wurden Wunden erzeugt, indem ein Mikrodissektionsmesser verwendet wurde, um eine Verletzung nachzuahmen, oder ein Hochenergielaser, um eine Verbrennung zu simulieren. Obwohl beide Wundtypen gleich groß waren, verursachte die Laserablation im Vergleich zu Messerwunden mehr Zelltod und Gewebeschäden an den Wundrändern.
Basierend auf diesen Erkenntnissen könnten Therapien, die die Wundheilung fördern, die Heilung beschleunigen. Gentechnisch veränderte weiße Blutkörperchen, die abgestorbenes Gewebe entfernen sollen, könnten besonders nützlich sein, um verletzte Organe und Gewebe tief im Körper zu erreichen.