Medizintechnik

Neue Materialien zur Wundheilung – Baukasten für heile Haut

Bessert sich eine äußere Verletzung nicht binnen einiger Wochen, spricht man von einer chronischen Wunde. An solchen Erkrankungen leiden rund zwei Prozent aller Menschen in den Industrienationen. Außer einer Vielzahl von Wundauflagen gibt es bisher kaum therapeutische Möglichkeiten. Bayer Innovation (BIG) entwickelt derzeit Produkte zur Behandlung der komplexen Symptome.

Die Bayer-Projektleiter Iwer Baecker und Dr. Burkhard Fugmann (v. li.) koordinieren die Entwicklung der innovativen Pflaster.

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Die Bayer-Projektleiter Iwer Baecker und Dr. Burkhard Fugmann (v. li.) koordinieren die Entwicklung der innovativen Pflaster.

Im Alter oder auch bei Krankheiten wie Diabetes kommt es vor, dass der Körper die Wundheilung nicht selbst herbeiführen kann. Für die Betroffenen bedeutet das oft, dass sich aus einer anfangs harmlos wirkenden Verletzung eine schwerwiegende und belastende Erkrankung entwickelt. Komplikationen wie etwa Infektionen erschweren meist zusätzlich den Heilungsprozess. Chronische Wunden treten überwiegend in den späten Lebensjahren auf. Schon jetzt müssen weltweit fast 100 Millionen Patienten jährlich behandelt werden, was zu Kosten in Höhe von vielen Milliarden Euro führt. Und mit einer immer älter werdenden Gesellschaft könnte das Problem weiter zunehmen.

Die Ursache der chronischen Wunden ist ein Ungleichgewicht verschiedener Faktoren. So gibt es eine Überaktivität von Zellen, die die Entzündungsreaktion der Verletzung in Gang halten, sowie an Proteasen, also Protein abbauenden Enzymen. Demgegenüber steht ein Mangel an Wachstumsfaktoren, die für die Neubildung von Gewebe nötig sind. Sie werden unter anderem von den Proteasen zerstört. Diese Enzyme könnten nur durch passende Inhibitoren blockiert werden, von denen aber ebenfalls nicht genügend vorhanden sind. Oft ist das verletzte Gewebe auch mit Sauerstoff unterversorgt.

Keimfreie Produktion: Unter hohem Druck werden aus flüssigem Kieselgel Fäden erzeugt und in Formen gefüllt, die Labormitarbeiter Kai-Michael Heuser auf dem sogenannten Changiertisch zum Trocknen ablegt. Dabei bildet sich ein Faserflies, aus dem später die Wundauflagen hergestellt werden.

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Keimfreie Produktion: Unter hohem Druck werden aus flüssigem Kieselgel Fäden erzeugt und in Formen gefüllt, die Labormitarbeiter Kai-Michael Heuser auf dem sogenannten Changiertisch zum Trocknen ablegt. Dabei bildet sich ein Faserflies, aus dem später die Wundauflagen hergestellt werden.

Die BIG hat sich mit dem Projekt Wundheilung das Ziel gesetzt, neue, innovative Behandlungsmethoden zu entwickeln. Dabei stehen für die Bayer-Forscher drei Kategorien im Vordergrund: Wunden im vorgeschädigten Gewebe, schwere Verbrennungen und Druckgeschwüre. Alle chronischen Wunden werden mit Wundauflagen abgedeckt – als Barriere gegen eindringende Krankheitserreger. Die Abdeckungen nehmen überschüssiges Sekret auf, ohne die Wunde auszutrocknen. Mittlerweile gibt es zwar Hunderte verschiedener Wundauflagen auf dem Markt, dennoch sind damit nicht alle Anforderungen erfüllt.

So entwickeln die Bayer-Forscher derzeit eine neuartige Auflage aus einem altbekannten Material: Kieselgel. Diese Substanz ist schon seit Langem als Nahrungsergänzungsmittel weit verbreitet und in Pillen- oder Kapselform als Kieselerde erhältlich. Um es aber für Wundauflagen nutzen zu können, musste das Kieselgel als physikalisch stabile, aber ebenfalls bioresorbierbare – also im Körper abbaubare – Faser hergestellt werden. Dieser Durchbruch gelang Forschern am Fraunhofer Institut für Silicatforschung (ISC) in Würzburg im Labormaßstab. Bayer Innovation übernahm diese neuartige Technologieplattform Ende 2005 und betreibt seitdem die gezielte Produktentwicklung. Seit Mai 2007 arbeitet in Leverkusen eine Pilotanlage, um die Fasern nach dem GMP-Standard herstellen zu können.

Aufbau neuer Blutgefäße beschleunigt

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Heilendes Kieselgel: Das altbekannte Material wird schon seit langem als Nahrungsergänzungsmittel in Pillenform genutzt. Gemeinsam mit Partnern entwickelt Bayer Innovation auf Basis dieser Substanz neuartige – im Körper abbaubare – Wundauflagen.

Verschiedene Tests haben gezeigt, dass Hautzellen, die Fibroblasten und Keratinozyten, schneller und besser an der Faser anhaften und ein neues Gewebe ausbilden. Außerdem ermöglicht die dreidimensionale Struktur des Wundverschlusses einen besonders schnellen Aufbau von Blutgefäßen. Sie sind besonders wichtig, um die Nährstoffversorgung des neu gebildeten Gewebes zu gewährleisten. Die Wundheilung verläuft zügiger als bei vergleichbaren Produkten, das neu gebildete Gewebe ist homogener, weist eine natürlichere Struktur auf und ist deshalb von besserer Qualität. Ein weiterer Vorteil: Die bioresorbierbaren Wundauflagen bleiben im Wundmilieu länger stabil. Im Vergleich dazu werden herkömmliche bioresorbierbare Materialien sehr viel schneller abgebaut.

Die Kieselgel-Wundauflagen dagegen bleiben nicht nur optimal lange in der Wunde, sondern auch in ihrer ursprünglichen Struktur erhalten, bevor sie vom Körper resorbiert werden. Des Weiteren könnten die Fasern schon während des Herstellprozesses mit Substanzen ausgestattet werden, die die Wundheilung zusätzlich unterstützen: Keimfreie Wundauflagen mit Wirkstoffen könnten beispielsweise mögliche Krankheitserreger in offenen Wunden abtöten. Bayer Innovation arbeitet auch an Substanzen, die die Heilung generell fördern sollen: Die Zugabe von Wachstumsfaktoren, die in chronischen Wunden nur in unzureichender Konzentration vorkommen, oder auch von Inhibitoren, die den Abbau der Wachstumsfaktoren in der chronischen Wunde hemmen.

Drei Phasen der Heilung

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Die Wundheilung lässt sich in drei Phasen einteilen. In der sogenannten Koagulations- und Entzündungsphase wird die Blutgerinnung eingeleitet, um den Blutfluss zu stoppen. Dann wird Wundsekret, das sogenannte Exsudat, gebildet, um Krankheitserreger und andere Fremdkörper aus der Wunde zu schwemmen. Eingewanderte Immunzellen sollen ebenfalls einer Infektion vorbeugen, indem sie Keime abwehren. Diese Entzündungsreaktion löst eine Rötung und Schwellung des Wundbereichs aus, der oft auch druckempfindlich ist. Zeitgleich entsteht ein Fasernetz aus dem Protein Fibrin, das unter anderem den freien Hautzellen Halt gibt. In der anschließenden Granulationsphase bilden diese zusammen mit dem ebenfalls faserförmigen Protein Kollagen ein körniges Bindegewebe, das Granulat, das erst in der abschließenden Regenerationsphase in reife Haut umgewandelt wird. Die Kieselgel-Wundauflagen von Bayer Innovation ermöglichen eine schnellere Heilung der Wunde sowie die Bildung von homogenem und natürlichem Gewebe.

Weitere Informationen finden Sie in unserem Forschungsmagazin research.