Medizin: Pflanzlicher Wundverband schlägt Infektionen, bevor sie entstehen

Forscher:innen der University of Bath haben einen Wundverband aus pflanzlichen Polymeren entwickelt, der Antibiotika gezielt in der frühen Phase einer Infektion freisetzt, bevor sich ein Biofilm bilden kann. In Labortests reduzierte das Material die Biofilmbildung innerhalb von vier Stunden um mehr als neunzig Prozent, sowohl bei Staphylococcus aureus als auch bei Pseudomonas aeruginosa.

Wundinfektionen belasten Gesundheitssysteme weltweit mit Kosten in Milliardenhöhe. Sobald Bakterien in eine Wunde eindringen, können sie innerhalb weniger Stunden einen Biofilm ausbilden, eine schützende Schleimschicht, die Antibiotika, Desinfektionsmittel und das Immunsystem gleichermaßen abwehrt. Ist dieser Biofilm erst entstanden, wird die Behandlung deutlich schwieriger. Genau an diesem Zeitfenster setzt der neue Verband an.

Zwei Schichten aus demselben Rohstoff

Viele fortschrittliche Wundverbände bestehen aus erdölbasiertem Kunststoff oder benötigen zusätzliche chemische Beschichtungen. Das Team aus dem Department of Chemical Engineering und dem Department of Chemistry in Bath verzichtet darauf. Der Verband besteht aus zwei pflanzlichen, auf Furan basierenden Polyamiden, die zu einem hauchdünnen Fasergeflecht versponnen werden. Die wundzugewandte Seite ist wasseranziehend und enthält das Antibiotikum Tetracyclin, das schnell in die Wunde abgegeben wird. Die Außenseite stößt Feuchtigkeit ab, begrenzt den Feuchtigkeitsverlust und unterstützt so die Wundheilung.

Diese sogenannte Janus-Struktur, benannt nach dem doppelgesichtigen römischen Gott, entsteht ohne zusätzliche chemische Oberflächenbehandlung. Die beiden Polymere ähneln sich chemisch stark, doch sobald sie zu Fasern versponnen werden, verstärken sich ihre molekularen Unterschiede zu deutlich abweichendem Verhalten an der Faseroberfläche.

Ein Unterschied von nur zwei Kohlenstoffatomen

Was die beiden Polymere trennt, ist erstaunlich gering: gerade einmal zwei Kohlenstoffatome in ihrer Molekülstruktur. Molekulare Simulationen zeigen, dass an der Oberfläche des wasseranziehenden Polymers vor allem polare chemische Gruppen wie Acetamid- und Furaneinheiten liegen, während beim wasserabweisenden Polymer aliphatische Verbindungsglieder an der Oberfläche dominieren. Wasser dringt zwar in beide Polymere ein, jedoch früher und stärker in das hydrophile Material. Dieser feine strukturelle Unterschied genügt, um den Verband so zu steuern, dass das Antibiotikum gezielt in Richtung Wunde und nicht nach außen abgegeben wird.

Xiang Ding, Forschungsassistentin am Department of Chemical Engineering, betont gegenüber Refractor, dass die zweischichtige Bauweise die zentrale Innovation der Arbeit sei, weil sie das Antibiotikum in die Wunde lenkt und unnötigen Verlust nach außen verringert. In Zelltests zeigte das Material zudem keine toxische Wirkung auf menschliche Hautzellen.

Weitere Tests sollen den Weg ebnen

Bis der Verband in Kliniken zum Einsatz kommen kann, sind laut Ding noch mehrere Schritte nötig: weiterführende Sicherheits- und Wirksamkeitstests in komplexeren Tiermodellen, die Optimierung von Dosis und Freisetzungsprofil sowie die Entwicklung zuverlässiger Verfahren für Sterilisation, Lagerung und Massenproduktion, bevor überhaupt eine regulatorische Prüfung und klinische Studien folgen können.

Auch der ökologische Vorteil ist noch nicht abschließend belegt. Ding weist darauf hin, dass die verwendeten Polymere auf erneuerbaren, biobasierten Grundbausteinen beruhen und ihr zweiseitiges Verhalten ohne zusätzliche chemische Veränderung erreichen, was die Abhängigkeit von fossilen Rohstoffen verringern und die Produktion vereinfachen könnte. Ob sich daraus tatsächlich Vorteile bei Umweltbilanz und Kosten ergeben, müsse aber erst durch formale Lebenszyklus-, Herstellungs- und Gesundheitsökonomie-Analysen bestätigt werden, statt allein aus der Materialwahl abgeleitet zu werden.

via Refractor.io