zum Inhalt springen
Powered by

Das selbstauflösende Multifunktionspflaster

Der Wundverband der Zukunft soll nicht nur die Wunde abdecken, sondern während der Heilung auch Medikamente freisetzen, etwa Entzündungshemmer oder Schmerzmittel. Wie sich solch ein Pflaster herstellen lässt, wird an der Empa in St. Gallen erforscht. Für seine Doktorarbeit entwickelt Nicolas Lavielle eine mögliche Produktionsmethode, mit der sich die Wundpflaster der Zukunft herstellen lassen. Multifunktionspflaster wäre dafür eigentlich die bessere Bezeichnung.

Doktorand Nicolas Lavielle (oben), Matthijs de Geus und Ana-Maria Popa beim Experiment. © Beat Geyer, Empa

Nicolas Lavielle hält ein dünnes, weißes Vlies in der Hand, klein wie ein Wattebausch und ebenso weich. «Das kommt bei unseren Versuchen derzeit heraus», erklärt er. Die Forscher von der Empa denken bei ihrem Multifunktionspflaster nicht nur an kleine Heftpflaster für die üblichen Küchenunfälle, sondern an Hilfsmittel für die professionelle Medizin. Derartiges Gewebe ließe sich etwa auch unter einem Gips direkt auf die verletzte Haut legen. Dort würde das Pflaster über Wochen hinweg seine Wirkung tun und Schmerzmittel und Entzündungshemmer gezielt an die verletzte Stelle abgeben, bis Knochen und Wunde verheilt sind und der Gips wieder entfernt werden kann.

Grundvoraussetzung für eine solche lang anhaltende Wirkung ist, dass der im Pflaster eingeschlossene Wirkstoff sich nicht schlagartig freisetzt, sondern allmählich abgegeben wird. Das kann zum Beispiel erreicht werden, indem sich das Trägermaterial langsam auflöst. Tatsächlich gibt es solche Stoffe – es sind bioabbaubare Kunststoffe, zum Beispiel Polylactid. Die Substanz wird innerhalb des Körpers zu Milchsäure und schließlich zu Wasser und CO2 abgebaut. Auf der Hautoberfläche läuft der Abbauprozess des Polylactids jedoch in anderer Geschwindigkeit ab.

Gezogen vom elektrischen Potenzial entstehen hauchdünne Fäden. © Beat Geyer, Empa

Die Methode der Wahl, derartige Gewebe herzustellen, ist das Elektrospinning. Das Verfahren ist in den vergangenen Jahren ausführlich erforscht und sogar auf biologische Materialien angewandt worden: Aus einer dünnen Kanüle tropft eine Polymerlösung. Indem zwischen der Kanüle und dem Tropfboden eine elektrische Spannung angelegt ist, lässt sich die Geschwindigkeit der Tropfen beschleunigen und – abhängig von der Viskosität der Lösung – lassen sich auch Fäden ziehen.

Im unteren Teil der Flugstrecke verwirbeln sich die Fäden im elektrischen Feld. Darum landet nicht alles auf einem sauberen Haufen, sondern es bildet sich ein flaches Wattegewebe aus Polymerfäden. Das Lösungsmittel ist bereits während der Flugphase verdampft. Im Mikroskop sieht das Produkt dann aus wie ein Teller Spaghetti. An der Empa in St. Gallen arbeiten zwei Abteilungen gemeinsam an dem Forschungsprojekt: Das technische Know-how zum Elektrospinning-Verfahren stammt aus der Abteilung «Schutz und Physiologie», die Kenntnisse über die Biodynamik steuert die Abteilung «Biomaterials» bei.

Der Biokunststoff Polylactid wird zu Fasern versponnen

Für medizinische Anwendungen ist es wichtig, dass keine gesundheitsschädlichen Lösungsmittel verwendet werden, denn das Endprodukt darf keinerlei Gifte enthalten. Lavielle und seine Kollegen Ana-Maria Popa und Matthijs de Geus entschieden sich daher, den Biokunststoff Polylactid in einem Gemisch aus Essig und Ameisensäure zu lösen. Mit beiden Säuren kommt der Körper gut zurecht, falls Spuren davon am fertigen Textil haften blieben. Und ein weiterer Vorteil ist, dass die Säure das Polylactid langsam abbaut; so lassen sich auf elegante Weise das Molekulargewicht und damit die Viskosität der Lösung steuern, und damit wiederum die Dicke der Fasern regulieren. Das Verspinnen von Polylactid zu Fasern der gewünschten Durchmesser gelang den Forschenden bereits. Bald soll der nächste Schritt folgen: das Einbauen von Medikamenten in das Polymer.

Sobald das funktioniert, will das Team Versuche starten, um die Freisetzungsrate des Medikaments zu regulieren. Dafür ist einerseits die Konzentration des Medikaments in der Faser wichtig, andererseits die Dicke der beim Elektrospinning erzeugten Fasern. Denn je dünner die Faser, desto größer die wirksame Oberfläche des Gewebes und desto schneller der Abbauprozess des Polylactid. Tierversuche sind in diesem Stadium nicht nötig. Stattdessen sollen die an der Empa hergestellten Proben in künstlichen Spezialflüssigkeiten aufgelöst werden, die dem menschlichen Blutserum oder menschlichen Schweiß nachempfunden sind. Am Ende könnte tatsächlich der Grundstein für ein Multifunktionspflaster gelegt sein – für den Wundverband der Zukunft. Dann müssten Entzündungshemmer und Schmerzmittel nicht mehr durch den ganzen Körper fluten – sie würden genau dort appliziert, wo sie gebraucht werden: direkt auf der Wunde.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/pm/das-selbstaufloesende-multifunktionspflaster