Neuer Ansatz zur Behandlung chronischer Wunden Pflaster bringt Licht in die Wundbehandlung

Chronische Wunden belasten Betroffene und das Gesundheitssystem gleichermassen. Forschende der Empa arbeiten deshalb an einem innovativen Material, das bei Bestrahlung mit sichtbarem Licht Wirkstoffe freisetzt. Als Bestandteil eines Pflasters könnte diese Technologie die Wundbehandlung verbessern und den Weg für eine neue Generation intelligenter Wundtherapien ebnen.

Der menschliche Körper besitzt die faszinierende Fähigkeit, sich selbst zu heilen. Dazu ersetzt er jeden Tag Millionen von alten Zellen durch neue. Einige Krankheiten können diese Heilungsmechanismen jedoch behindern: so etwa Diabetes Mellitus, eine Krankheit, die allein in der Schweiz über 500'000 Menschen betrifft. Wird eine Diabetes-Erkrankung nicht oder ungenügend behandelt, schädigt der hohe Blutzuckerspiegel Blutgefässe und Nerven, wodurch die Füsse schlecht durchblutet werden. Dies wiederum kann das diabetische Fusssyndrom auslösen: Nur schon durch eine Druckstelle im Schuh können Wunden an den Füssen entstehen. Während eine solche Wunde bei gesunden Menschen innerhalb von 1-2 Wochen verheilt, kann sie bei Betroffenen chronisch werden – also trotz Pflege länger als vier Wochen nicht verheilen.

Um die Behandlung chronischer Wunden kümmert sich in der Regel ein Behandlungsteam aus den Disziplinen Dermatologie, Chirurgie und Pflege. Die Wunde erfordert engmaschige Kontrollen und einen Verbandswechsel mindestens alle drei Tage. Und das häufig bis zu einem Jahr. Aufgrund dieses grossen personellen Aufwands stellen chronische Wunden eine ernstzunehmende ökonomische Belastung für das Gesundheitswesen dar.

Wirkstoffabgabe mit Licht steuern

Um diese Kosten zu reduzieren und das Gesundheitspersonal zu entlasten, arbeiten Forschende der Empa an neuartigen Behandlungsmethoden für chronische Wunden. Das Team um Luciano Boesel und Giorgia Giovannini aus der Abteilung «Biomimetic Membranes and Textiles» in St. Gallen hat ein Material entwickelt, das unter Lichteinstrahlung kontrolliert Wirkstoffe abgibt und dadurch die Wirksamkeit der Behandlung verbessern sowie ihre Nebenwirkungen reduzieren könnte. Dafür haben die Forschenden Siliziumdioxid-Nanopartikel mit dem gängigen Wunddesinfektionsmittel Chlorhexidin beladen. Anschliessend haben sie diese mit einem Polymermantel beschichtet, der mit speziellen molekularen Fotoschaltern versetzt ist. Werden diese Fotoschalter mit sichtbarem LED-Licht bestrahlt, verändern sie ihre Struktur, wodurch der Polymermantel anschwillt und seine Wasserdurchlässigkeit erhöht. Dadurch kann das Chlorhexidin aus dem Siliziumdioxid-Kern austreten. Wird das LED-Licht ausgeschaltet, ziehen sich die Polymer-Moleküle zusammen und nehmen wieder ihre ursprüngliche, wasserdichte Form an. «Eingebaut in ein Pflaster, ermöglicht dieses System eine kontrollierte Wunddesinfektion», erläutert Luciano Boesel. «Der Zeitpunkt und die Dosis des freigesetzten Wirkstoffs lassen sich steuern, indem man die Dauer oder Intensität der Bestrahlung und die Wellenlänge des Lichts variiert.»

Personalisierte Wundbehandlung ermöglichen

Das System gibt den Wirkstoff kontrolliert ab. Damit hat es gegenüber anderen Pflastern den Vorteil, dass es das Medikament genau dosiert – damit vermindert es die Gefahr, dass die Bakterien in der Wunde Resistenzen entwickeln. «Am besten wäre es, wenn wir dieses neue System der lichtgesteuerten Wirkstoffabgabe mit einem Wundsensor kombinieren könnten, der laufend die Anzahl und Art der Bakterien bestimmt, die in der Wunde vorhanden sind», ergänzt Luciano Boesel. 

Ein Wundsensor, wie etwa derjenige, den die Empa 2025 entwickelt hat, würde eine zusätzliche Weiterentwicklung des Pflasters ermöglichen: Denn Siliziumdioxid-Nanopartikel lassen sich nicht nur mit einem Wunddesinfektionsmittel aufladen, sondern auch mit anderen therapeutischen Wirkstoffen, und der Polymermantel lässt sich mit unterschiedlichen Fotoschaltern ausstatten. Je nachdem, welche Wellenlänge das Licht hat, mit dem man das Pflaster bestrahlt, aktiviert dieses unterschiedliche Fotoschalter. Die Wunde liesse sich somit gezielt mit genau dem Wirkstoff behandeln, der aufgrund des registrierten Bakterienbefalls zu dem Zeitpunkt nötig wäre. «Das wäre ein wichtiger Schritt in Richtung einer personalisierten Wundbehandlung», betont Boesel. Er sieht nämlich einen grossen Nachteil des heutigen Wundbehandlungs-Standards darin, dass die Wunde immer ungefähr gleich versorgt wird, egal mit welchen Bakterien sie besiedelt ist.

Vom Reagenzglas in den klinischen Alltag

Wie und wann dieses System der lichtgesteuerten Wirkstoffabgabe tatsächlich in der Praxis zum Einsatz kommen kann, ist derzeit noch nicht klar. Luciano Boesels Team hat es im Labor entwickelt und bisher ausschliesslich im Reagenzglas getestet. In einem nächsten Schritt muss es nun auf den klinischen Bedarf angepasst werden. «Wir sind in Kontakt mit verschiedenen Kliniken, die grundsätzlich interessiert wären an einem solchen System», sagt Boesel. Er ist derzeit auf der Suche nach interessierten Doktorierenden, die das System in ihrer Doktorarbeit weiterentwickeln könnten. Danach wird das System mehrere Phasen von klinischen Studien durchlaufen müssen, bevor es als Teil eines medizinischen Produkts in der Schweiz eine Zulassung erhält.

Selbst wenn also alles gut läuft, werden Menschen mit dem diabetischen Fusssyndrom noch einige Jahre warten müssen, bis sie von dem Hightech-Pflaster mit lichtgesteuerter Wirkstoffabgabe profitieren können. Sollte es jedoch erfolgreich sein, würde es ihnen zahlreiche Spitalbesuche ersparen. Nicht zuletzt würde es auch das Gesundheitssystem entlasten: Selbst wenn die Herstellung der Pflaster teurer wäre als die herkömmlicher Pflaster, würden sie diese Kosten durch den geringeren Personalbedarf mehr als ausgleichen.

Das Projekt wurde von der OPO-Stiftung (Projekt «STERILISE») und dem Schweizerischen Nationalfonds unterstützt.