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Miniaturized smart system for light stimulation and monitoring of wound healing

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Wundverband nutzt die heilsame Kraft von blauem Licht

Ein EU-finanziertes Konsortium entwickelte intelligentes Verbandmaterial, das mit blauem Licht die Wundheilung beschleunigt und auch das Infektionsrisiko überwacht und reduziert.

Gesundheit

Angesichts der antibakteriellen und entzündungshemmenden Wirkung von blauem Licht sollte das EU-finanzierte Projekt MEDILIGHT die Heilung chronischer Wunden etwa im Zuge von Diabeteserkrankungen voranbringen. „Ziel ist eine nicht-chemische Lösung für chronische Wunden“, sagt Projektkoordinator Dionysios Manessis von der Abteilung Systemintegration und Verbindungstechnologien der Technischen Universität Berlin. „Wir fanden heraus, dass blaues Licht mit seinen bekanntermaßen desinfizierenden Eigenschaften auch auf die Proliferation von Keratinozyten und Fibroblasten einwirkt – also Hautzellen, die den Wundverschluss anregen.“ Mit EU-Mitteln in Höhe von rund 3 Mio. EUR entwickelte die Forschergruppe in kaum mehr als drei Jahren ein intelligentes tragbares Gerät. Der Prototyp besteht aus einer weichen, flexiblen Folie mit blauen LEDs (Leuchtdioden) und Sensoren, die in einer transparenten Tasche auf den Wundverband aufgelegt werden. Die Folie ist mit einer kleinen Elektronikbox mit Leiterplatte verbunden, die neben anderen Komponenten das LED-Beleuchtungssystem enthält, das wiederum die Intensität des blauen Lichts reguliert. Weiterhin erfasst ein Mikrocontroller oder eine intelligente Schnittstelle die Sensordaten und wertet sie aus, damit die Lichttherapie genau eingestellt und individuell auf den Patienten zugeschnitten werden kann. „Alle drei Komponenten, d. h. flexible Folie, Elektronikbox und Wundauflage, sind die Grundlage des integrierten Systems MEDILIGHT“, erklärt Dr. Manessis. In der Folie überwachen Sensoren die Temperatur und Sauerstoffsättigung des Blutes an der Wunde. Am Sauerstoffgehalt lässt sich die Heilung der Wunde beurteilen, erhöhte Temperaturen hingegen deuten auf Entzündungen und Infektionen hin. Anschließend werden die Daten an die Elektronikbox übermittelt. Tests zur Wirkung der Lichttherapie In den ersten Phasen der Heilung hemmt die Bestrahlung mit blauem Licht die Bildung von Bakterienkolonien. Ist die Wunde bakterienfrei, kann die Stärke des blauen Lichts so eingestellt werden, dass ein vorzeitiges Schließen der Wunde durch Hautwachstum vermieden wird. „Die therapeutischen Abläufe müssen gut aufeinander abgestimmt sein, damit sich die Wunde erst schließt, wenn keine Keime mehr vorhanden sind bzw. kein Risiko mehr besteht, dass Bakterien in der Wunde eingeschlossen sind“, sagt Dr. Manessis. In-vitro-Studien mit verschiedenen Bakterienstämmen haben gezeigt, dass blaues Licht verschiedene Stämme in infizierten Wunden am Wachstum hindern kann und einige Bakterienarten sogar abtötet. „Die Wirkung von blauem Licht auf die Vermehrung von Hautzellen wurde in vitro mit verschiedenen Lichtintensitäten und Wellenlängen sowie in vivo an Mäusen getestet, wofür bereits ein Patent vorliegt“, wie Dr. Manessis erklärt. Innovative Materialien und Software Das schwierigste technische Problem war die Minimierung des Lichtverlusts, damit ausreichend blaues Licht in die Wunde gelangt und die von den LEDs erzeugte Wärme effizient abgeleitet wird. „LEDs erzeugen Wärme. Damit kann die Temperatur je nach Dauer der Lichttherapie auf 42 bis 50° C ansteigen“, erklärt Dr. Manessis. Zu diesem Zweck wurden vom Projektpartner URGO in Frankreich neue Wundauflagen und eine innovative flexible Folie entwickelt, um die Temperaturregelung zu optimieren. Weitere Entwicklungen waren eine innovative Schnittstelle zur Erfassung der Sensordaten und eine neue Software, die die Daten drahtlos an ein Smartphone zur Auswertung und Therapieanpassung überträgt. Ein funktionaler Prototyp der flexiblen Folie, die in einem speziellen Schuh unter dem Fuß getragen wird, war ein weiteres Ergebnis. Sie ist drahtlos mit der Elektronikbox verbunden und wird von einer Smartphone-App durch das medizinische Personal gesteuert. Für die nächste Entwicklungsstufe der Produktvermarktung plant URGO klinische Studien am Menschen mit gesunden Probanden und Diabetikern.

Schlüsselbegriffe

MEDILIGHT, Gesundheit, Diabetes, Wunden, LEDs, Optik, Photonik, blaues Licht

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