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Mit nanostrukturierten Wundverbänden Wirkstoffe lokal verabreichen

Der unkluge Einsatz von Antibiotika und antimikrobiellen Wirkstoffen hat zu einem vermehrten Auftreten multiresistenter Bakterien geführt. Um die Antibiotikaresistenzen in den Griff zu bekommen, schlägt nun ein europäisches Forschungsteam Graphen-Nanokompositverbände allein oder in Kombination mit Antibiotika in Form von Verbänden zur Behandlung von Wundinfektionen vor.

Gesundheit

Eine der Hauptschwierigkeiten der Verabreichung konventioneller Arzneimittel ist die schlechte Kontrolle über die richtige Dosierung des Therapeutikums unterhalb toxischer Konzentrationen. Die Wundheilung kann durch mit antibakteriellen Wirkstoffen beladene Schutzgerüste zur Therapie direkt vor Ort unterstützt werden. Fortschritte in der Nanotechnologie (und insbesondere bei den Nanomaterialien auf Basis von Graphen) gestatten ein hohes Beladungsverhältnis von sowohl hydrophilen als auch hydrophoben Wirkstoffen sowie die lokal erfolgende thermische Freisetzung von Therapeutika.

Wundverband auf Graphenbasis gibt Wirkstoffe vor Ort ab

Um mikrobielle Infektionen besser eindämmen und heilen zu können, entwickelte das mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführte Projekt PANG neuartige Nanokomposite und Oberflächen auf Graphenbasis. Spezielles Interesse hatten die Forschenden an der Anwendung dieser neuartigen Materialien bei jenen Hautinfektionen, bei denen das die Wunde bedeckende Exsudat keine topischen Antibiotika durchlässt. „Wie konnten flexible Pflaster zur sehr wirkungsvollen Behandlung von Wundinfektionen entwickeln, indem wir die photothermischen Eigenschaften des reduzierten Graphenoxids ausnutzten“, erklärt Projektkoordinatorin Sabine Szunerits. Das PANG-Forschungsteam entwickelte Nanofasermatten aus reduziertem Graphenoxid unter Zusatz von Polyacrylsäure, die nicht-kovalente Wechselwirkungen mit verschiedenen Antibiotika gestattet. Diese wurden sowohl in vitro zur Bewertung ihrer Ablationsfähigkeit an Bakterienkulturen als auch in vivo an oberflächlichen Hautinfektionen bei Mäusen erprobt. Die vorliegenden Resultate sind vielversprechend und ermutigen die Partner zur Fortführung ihrer klinischen Studien. Ein Vorteil derartiger topischer Graphenverbände im Vergleich zu klassischen Wundauflagen besteht darin, dass die Wärme lokal appliziert werden kann, wodurch die Nebenwirkungen auf die intakte Haut eingegrenzt werden. Überdies erhöht die Präsenz des reduzierten Graphenoxids die Hauttemperatur über die mit einem Infrarotlaser allein zu realisierende Temperatur hinaus, wodurch die thermische Antibiotikafreisetzung erleichtert und gleichzeitig die vorhandenen Bakterien teilweise thermisch abgetragen werden. „Aufgrund der Wiederverwendbarkeit des Pflasters und der Möglichkeit, es zu sterilisieren, ist diese Methode sehr kostengünstig und für Hautverbände geeignet“, betont Szunerits.

PANG: Auswirkungen und Perspektiven für die Zukunft

In der EU sterben jährlich zehntausende Menschen an den Folgen von Infektionen, die auf das Konto antibiotikaresistenter Bakterien gehen. Die meisten von ihnen werden durch gramnegative Erreger verursacht. Dem Gesundheitswesen entstehen durch sie Kosten in Milliardenhöhe. Das Projekt PANG schlägt eine einzigartige biomedizinische Lösung vor, welche die kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen über einen langen Zeitraum garantieren kann. Es ist daher davon auszugehen, dass ihr Einsatz auf die Behandlung weiterer Krankheiten wie zum Beispiel Krebs, Diabetes und chronische Schmerzen ausgeweitet wird. Die Partner untersuchen außerdem das Potenzial anderer Nanostrukturen auf Kohlenstoffbasis – zum Beispiel von Nanodiamanten – als Impfstoffadjuvanzien, welche die Immunreaktionen gegen bestimmte Antigene verstärken und gleichzeitig die damit verbundenen Gesundheitsrisiken eingrenzen sollen. Tatsächlich scheinen Nanostrukturen geeignete Vehikel zur Bekämpfung von Viren zu sein. „Virusinfektionen stellen aufgrund ihrer Ausbreitung und ihrem Hang zu Mutationen eine erhebliche Bedrohung für die Gesundheit dar, wie es die aktuelle COVID-19-Pandemie und die Grippeepidemien der letzten Jahre gezeigt haben“, erläutert Szunerits. Der Mangel an gezielten antiviralen Therapeutika sowie das immerwährende Auftauchen neuer Viren erfordern neuartige antivirale Wirkstoffe. Die PANG-Partner haben erst kürzlich Kohlenstoff-Quantenpunkte zur Behandlung des Nahost-Atemwegssyndrom-Coronavirus MERS-CoV vorgeschlagen und hoffen nun, diesen Ansatz auf die Behandlung des schweren akuten Atemwegssyndroms durch Coronavirus 2 (SARS-CoV-2) ausweiten zu können.

Schlüsselbegriffe

PANG, Graphen, Wundverband, Antibiotikum, Arzneimittel, Wirkstoff, Arzneimittelresistenz, Antibiotikaresistenz, Graphen-Nanokomposite, Hautinfektionen

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