Neues smartes Wundpflaster vom Imperial College London mit Aptameren

Manche Wunden bekommen nie das Signal, sich zu schliessen. Genau für solche Fälle wurde ein smartes Wundpflaster vom Imperial College London entwickelt – und es macht den Körper der Patientinnen und Patienten zur eigenen Apotheke.

Diabetische Fussulzera betreffen jedes Jahr etwa 18,6 Millionen Menschen. Bei ungefähr jedem fünften Fall endet das mit einer Amputation eines Teils des Fusses oder des gesamten Fusses.

Das Material fängt Heilungsproteine ab, die bereits in der Wunde oder im Blut vorhanden sind, und hält sie fest. Freigegeben werden sie erst dann, wenn eine Reparaturzelle in das Material einwandert und daran zieht.

Warum manche Wunden nie heilen

Wundheilung wird von Wachstumsfaktoren gesteuert – Proteinen, die Zellen dazu anleiten, zu wandern, sich zu vermehren und Gewebe wiederaufzubauen.

Bei Wunden, die nicht schliessen, sind diese Signale zu schwach, zum falschen Zeitpunkt aktiv oder verschwinden zu schnell.

Gängige Therapien begegnen dem oft mit brachialen Methoden: Sprays und Cremes überfluten die Wunde mit hohen Dosen künstlich hergestellter Wachstumsfaktor-Medikamente.

Diese Proteine sind jedoch empfindlich. Ein grosser Teil zerfällt oder wird aus der Wunde herausgespült, bevor er seine Wirkung entfalten kann.

Andere Materialien stabilisieren die Wunde zwar mechanisch, geben aber keine biologischen „Anweisungen“. Die Wunde bekommt ein Gerüst – aber keine Richtung.

Auch finanziell ist der Preis hoch: Nicht heilende Wunden kosten das britische Gesundheitssystem NHS jedes Jahr Milliarden. Und allein Verbrennungen führen weltweit zu rund 180.000 Todesfällen, überwiegend in Ländern mit niedrigem und mittlerem Einkommen.

Dabei ist der Körper nicht wehrlos. Er besitzt eigene Reparaturprogramme – von Muskelfasern, die nach dem Training geschädigte Bestandteile abbauen, bis hin zu Haarstammzellen, die auf Hautreparatur umschalten können.

Smartes Wundpflaster: So wird der Verband intelligent

Die Plattform basiert auf Aptameren – kurzen Nukleinsäuresträngen, die sich so falten, dass sie jeweils ein bestimmtes Protein gezielt binden. Diese Aptamere sitzen auf einem Träger, meist einem Kollagenschwamm, der in die Wunde eingebracht wird.

Vorbeiströmende Wachstumsfaktoren werden von den Aptameren eingefangen und direkt am Gerüst angereichert. Dabei bleiben sie zunächst inaktiv; zugleich schützt dieser Zustand sie vor Enzymen, die sie sonst zerstören würden.

Ausgelöst wird die Freisetzung nicht durch Zeit, sondern durch Kraft: Wenn eine Reparaturzelle in den Verband einwandert und daran zieht, lässt die Bindung nach – und der Wachstumsfaktor wird genau dieser Zelle, an genau diesem Ort und genau in diesem Moment, übergeben.

Dr. Ben Almquist, leitender Autor der Studie und ausserordentlicher Professor für Bioengineering am Imperial, bezeichnet diese Konstrukte als durch Zugkraft aktivierte Nutzlasten.

„Was bei dieser Forschung besonders hervorsticht, ist, dass der Körper des Patienten zur Apotheke wird“, sagte Dr. Almquist.

„Wir liefern kein hergestelltes Medikament und hoffen, dass es lange genug überlebt, um zu wirken.“

„Wir fangen das ein, was der Körper ohnehin produziert, und geben es den Zellen zurück, die es brauchen – indem wir Intelligenz direkt in das Material kodieren, aktiviert durch das eine Signal, das garantiert genau dort vorhanden ist, wo Heilung passiert: die physische Kraft einer Zelle, die an ihrer Umgebung zieht.“

In lebendem Gewebe getestet

Die Grundidee wurde erstmals 2019 gezeigt – damals allerdings nur in einfachen Zellkulturen. Das ist ein stark kontrolliertes Umfeld und hat wenig mit dem chemisch komplexen Durcheinander einer echten Wunde zu tun.

Für die aktuelle Untersuchung prüfte das Team das System in drei anspruchsvolleren Modellen: Knochenverletzungen bei Ratten, Hautwunden bei Mäusen sowie lebende menschliche Haut, die im Labor am Leben erhalten wurde.

Im Ratten-Knochenmodell förderten Schwämme mit der Plattform das Wachstum neuer Blutgefässe. Bei Mäusen waren behandelte Hautwunden nach zehn Tagen deutlich kleiner.

In lebender menschlicher Haut wuchs Gewebe schneller in den Verband ein. In allen Modellen blieben ansonsten identische Materialien, die sich durch Zellzug nicht „öffnen“ liessen, hinter diesem Effekt zurück.

Hauptautorin der Studie ist Dr. Magdalene Ho aus dem Department of Bioengineering am Imperial.

„Was mich am meisten begeistert, ist, dass das in lebender menschlicher Haut funktioniert. Wir können beobachten, wie Reparaturzellen in den Wundverband wandern, und bestätigen, dass das Material mit menschlicher Biologie interagiert. Dieses Ergebnis macht mich optimistisch, dass dieser Ansatz eine Zukunft in der Klinik hat“, sagte Dr. Ho.

Dosen weit unter klinischen Mengen

Die Zahlen zeigen vor allem eines: Effizienz. Das System erzielt seine Wirkung mit Dosen, die um Hunderte bis Tausende Male unter der konventionellen Abgabe von Wachstumsfaktoren liegen.

Im Vergleich zu einem Wachstumsfaktor-Produkt, das bereits klinisch eingesetzt wird, beträgt der Unterschied mehr als das 2.000-Fache.

Das ist nicht nur eine Kostenfrage. Hohe Dosen von Wachstumsfaktor-Medikamenten stehen seit Jahren unter Sicherheitsdiskussionen – daher ist es bedeutsam, die gleiche Wirkung aus einem winzigen Proteinanteil zu erreichen.

Auch die Chemie erwies sich als robuster als erwartet: Unveränderte Aptamere funktionierten weiterhin in enzymreicher Wundflüssigkeit, was den möglichen Einsatzbereich von Nukleinsäure-Therapien erweitert.

Zudem lässt sich das System so einstellen, dass nur bestimmte Zelltypen die Fracht freisetzen. Eine derart präzise Zielsteuerung können Sprays und Cremes nicht bieten.

Einschränkungen der Studie

Bislang wurde kein Patient und keine Patientin mit diesem Verband behandelt. Die Daten stammen aus Rattenknochen, Mäusehaut und menschlicher Haut, die ausserhalb des Körpers am Leben gehalten wurde.

Im Labor kultivierte menschliche Haut hat weder eine Blutversorgung noch ein funktionierendes Immunsystem – genau zwei Faktoren, die bei chronischen Wunden besonders häufig versagen.

Auch die Versuchstiere waren gesund. Die Wunden, die diese Technologie am dringendsten benötigen, entstehen oft bei Menschen mit Diabetes, schlechter Durchblutung und jahrelang angesammelten Gewebeschäden.

Das Ergebnis in Mäusen wurde über zehn Tage erfasst; Aussagen zu Narbenbildung oder zur langfristigen Stabilität lassen sich daraus nicht ableiten.

Heilung jenseits der Kühlkette

Weil der Verband seine Proteine aus der Wunde oder aus dem Blut gewinnt, könnte er den Bedarf an industriell hergestellten Medikamenten – und damit auch an Kühlung zur Stabilisierung – deutlich reduzieren.

Das ist ein logistischer Vorteil ebenso wie ein wissenschaftlicher. Er verweist auf Einsatzfelder wie Notfallmedizin, humanitäre Situationen, Versorgung an der Front und Gesundheitssysteme mit knappen Ressourcen.

Andere Forschungsteams gehen dasselbe Problem von der Sensorik-Seite an, etwa mit einem smarten Verband, der bei einer Infektion der Wunde seine Farbe verändert.

Mr. Shehan Hettiaratchy OBE, Professor of Practice für plastische und rekonstruktive Chirurgie am Imperial College London, war nicht an der Studie beteiligt.

„Das ist ein grosser Durchbruch in der Wundheilung. Wir wissen seit langem, dass der Körper der beste Heiler von Wunden ist – es sei denn, dieses System wird gestört“, sagte Professor Hettiaratchy.

„Diese Technologie nutzt dieses System, um es wieder auf Kurs zu bringen und Wunden zu heilen, mit denen der Körper zu kämpfen hat.“

„Das könnte chronische Wunden stark beeinflussen und zugleich helfen, dass akute Wunden – etwa nach Trauma oder Unfällen – von Anfang an optimal heilen.“

Das Team spricht nun mit Partnern und klinischen Fachleuten, um den Weg in Richtung klinischer Anwendung zu ebnen. Der erste echte Test wird eine Wunde an einem Menschen sein – und nicht eine Wunde in einer Petrischale.

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