Heilung von Wunden mithilfe elektrischer Felder
Elektrische Felder spielen bei verschiedenen Prozessen im Körper eine Rolle, unter anderem als Signale für die Entwicklung und den Lebenszyklus von Geweben sowie die Embryonalentwicklung. Wenn die Haut verletzt ist, entstehen durch den Austausch von Ionen zwischen der Wunde und der intakten Haut auf natürliche Weise elektrische Felder. Neue Instrumente und Methoden zur Erforschung der Stimulation mit elektrischen Feldern direkt im menschlichen Gewebe könnten jedoch zur Entwicklung neuer klinischer Anwendungen beitragen. Im Projekt SPEEDER, das vom Europäischen Forschungsrat finanziert wurde, versuchte ein Forschungsteam, diese Wissenslücke zu schließen, indem es testete, ob elektrische Felder zur Heilung komplizierter Wunden eingesetzt werden können. „Wir waren sehr erfreut, dass sich zumindest in unserem Wundheilungschip-Modell die Epithelwunden bis zu dreimal schneller schlossen, wenn sie stimuliert wurden“, so Maria Asplund, Professorin für Elektronikmaterial und -systeme an der Technischen Hochschule Chalmers in Schweden und Koordinatorin des Projekts SPEEDER.
Ausrichtung auf Elektrotaxis
Das Team von SPEEDER konzentrierte sich auf eine spezifische Interaktion, die einige Zellen aufweisen, die sogenannten Elektrotaxis, d. h., diese Zellen richten ihre Migration entlang elektrischer Felder aus. „Wir glauben, dass die Lenkung der Hautzellmigration durch elektrische Felder eine ziemlich wirkungsvolle Methode sein könnte, das Eindringen von Zellen in Wunden zu beeinflussen, was die Chancen erhöhen könnte, dass Epithel nachwächst und die offene Wunde schneller bedeckt“, erklärt Asplund. Der Einsatz elektrischer Felder zur Förderung der Wundheilung wäre besonders hilfreich für ältere Menschen – vor allem für Menschen mit Begleiterkrankungen wie Diabetes oder Rückenmarksverletzungen – die häufig eine beeinträchtigte Wundheilung haben. Selbst kleine Wunden können sich zu chronischen Wunden entwickeln, was sowohl für die Betroffenen als auch für die Gesellschaft schwerwiegende Folgen hat: Die Versorgung chronischer Wunden beansprucht beispielsweise rund 2 % des schwedischen Budgets für die Gesundheitsversorgung.
Entwicklung von Fluidikchips
Das SPEEDER-Team entwickelte ein neues Elektrodenkonzept, mit dem die Stimulation mit elektrischen Feldern auf biokompatible und robuste Weise direkt auf menschliches Gewebe angewendet werden kann, wobei das System gleichzeitig kosteneffizient bleibt. Mit dem Ziel, ihre Materialien und das Konzept zu testen, baute die Forschungsgruppe ausgeklügelte Mikrofluidikumgebungen (Fluidikchips) in Labors, in denen sie verschiedene Hautzellen und Zellen, die Epithelschichten bilden, stimulieren konnten. „Wir sind zwar noch nicht zu menschlichem Gewebe übergegangen, aber ein interessantes Nebenprodukt waren ähnliche Umgebungen für die Stimulation von Hirngewebe“, fügt Asplund hinzu. „Auf diese Weise konnten wir untersuchen, wie die Art der Stimulation, die für die transkranielle Hirnstimulation verwendet wird, auf einen kompletten Schnitt des Hirngewebes wirkt.“ Die Ergebnisse dieser Experimente wurden kürzlich in der Zeitschrift „Lab on a Chip“ veröffentlicht. Das Team arbeitet nun daran, diese Erkenntnisse auf die Anwendung für menschliche Haut zu übertragen. Es fand zudem heraus, dass die Stimulation die gestörte Wundheilung in diabetischen Zellen kompensieren kann, ein Ergebnis, das ebenfalls Anfang des Jahres in „Lab on a Chip“ veröffentlicht wurde.
Zusammenarbeit bei der Erforschung der Rückenmarksreparatur
„Wir verstehen jetzt auf einer allgemeineren Ebene viel mehr über die Gleichstromstimulation und darüber, wie verschiedene Materialien zusammenwirken können, um sie biokompatibel zu machen“, so Asplund. „Wir erforschen dies derzeit für die Wundheilung, aber auch für andere regenerative Prozesse, wie die Gleichstromstimulation zur Regeneration des Rückenmarks.“ Diese Arbeit wird in Zusammenarbeit mit einem neuseeländischen Team fortgesetzt, wobei die in SPEEDER entwickelten Materialkonzepte verwendet werden. „Wir sind gespannt, ob die gleichstromgesteuerte Regeneration auch hier von Nutzen ist“, sagt Asplund. „Dies wird oft in Kulturen erforscht, aber wir haben jetzt die Möglichkeit, in echtem Gewebe zu forschen, was für uns sehr spannend ist.“
Schlüsselbegriffe
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