Ein intelligenter Wundverband schützt vor Narbenbildung

Eine überschiessende Bildung von Bindegewebe und die Entwicklung von Narben können die Funktion von Organen, Muskeln und der Haut beeinträchtigen. Derartige unerwünschte Veränderungen können in Folge einer Vielzahl von Gewebeschäden auftreten, etwa wenn die Heilung einer Wunde aus dem Gleichgewicht gerät oder der Herzmuskel infolge eines Infarkts geschädigt ist.

Für die rund 100 Millionen Patienten, die jedes Jahr Narben entwickeln, gibt es zurzeit kein therapeutisches Konzept, um bereits frühzeitig im Verlauf der Wundheilung einzugreifen. Ungeachtet der grossen Anstrengungen in verschiedenen Forschungsbereichen, ist es derzeit noch nicht möglich, die physiologischen Prozesse so zu steuern, dass sich eine Fibrose, also eine überschiessende Bildung von Bindegewebe, und die Entstehung von Narben verhindern lässt.

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Der pH-Wert soll durch die kontrollierte Abgabe von Protonen (H+) gesenkt werden.

So unterschiedlich die Gewebe und die Auswirkungen bei der Narbenbildung auch sein mögen, auf zellulärer Ebene laufen stets die gleichen Prozesse ab: Gewebe, das zuvor elastisch war, wird unelastisch, weil sich Gewebezellen, die Fibroblasten, in sogenannte Myofibroblasten verwandeln. Diesen Prozess der Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten gilt es zu verhindern.

Neuere Erkenntnisse deuten darauf hin, dass der pH-Wert in der Wunde während der Heilung eine bedeutende Rolle spielt. Ein pH-Wert zwischen 6 und 6.5 kennzeichnet gut heilenden Wunden, während chronische Wunden einen alkalischen pH-Wert von 8 und mehr aufweisen.

Ausserdem geht die Differenzierung von Fibroblasten zu Myofibroblasten und die daraus resultierende Narbenbildung mit einer erhöhten Konzentrationen an Sauerstoff-Radikalen (ROS, "reactive oxygen species") und komplexen Oxidationsvorgängen innerhalb der Zellmaschinerie einher. Ist die ROS-Konzentration unnatürlich erhöht, kann dies zur Schädigung der Zellen führen, oder aber unerwünschte Vorgänge, wie etwa eine unkontrollierte Differenzierung unreifer Zellen, hervorrufen.

Die Empa-Forschenden gehen davon aus, dass sich derartige Vorgänge in den Zellen regulieren lassen, wenn der pH-Wert am Ort des Geschehens gesenkt würde. Für einen sauren pH-Wert muss die Konzentration von Wasserstoff-Ionen (H+ bzw. Protonen) ansteigen. Die "Versorgung" der Wunde mit Protonen durch einen intelligenten Wundverband stellt daher einen neuartigen therapeutischen Ansatz dar. Das Ziel des Projekts ist zum einen, die Wirkung eines pH-Wertes von 6,5 auf die Differenzierung der Myofibroblasten zu untersuchen, und zum anderen Methoden zur örtlichen Kontrolle des pH-Wertes zu entwickeln. Hierfür wird in Zusammenarbeit mit der Universität Linköping in Schweden ein neues System entwickelt, das es erlaubt, lokal und kontrolliert Protonen abzugeben und deren Wirkung in einem Modellsystem im Labor mit Zellen zu evaluieren. Die Erkenntnisse aus diesem Projekt könnten auch bei anderen Krankheitsprozessen, die mit einer Entgleisung des Bindegewebswachstums einhergehen, hilfreich sein und die Entwicklung neuartiger anti-fibrotischer Therapeutika vorantreiben. Das 2019 gestartete Projekt wird durch die Novartis Stiftung für medizinisch-biologische Forschung gefördert.
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"Dieses interdisziplinäre Projekt ermöglicht es uns, mehr über gezielte Medikamentenabgabe mittels organischer Elektronik herauszufinden, sowie die Mechanismen der Fibrose auf zellulärer Ebene zu untersuchen. Wir erhoffen uns, dadurch Therapien für eine narbenfreie Wundheilung zu entwickeln."

Dr. Anne Géraldine Guex, Biointerfaces

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