Hautähnlicher nanofaserbasierter Wundverband kühlt und wirkt antibakteriell

Forschende aus China stellen in „Nano-Micro Letters“ eine kühlende Wundauflage vor, die die Lücke zwischen passiver Wundbedeckung und aktiver Wundheilung schließen soll.

Bei traditionellen Wundauflagen haftet Mull an Wunden und verursacht Schmerzen beim Verbandwechsel. Schaumverbände sind kostenintensiv und Hydrokolloidverbände sind für infizierte Wunden ungeeignet. Die neue bionische kühlende Wundauflage möchte diese Limitation überwinden, indem sie eine hierarchische Janus-Nanofaserstruktur mit sichtlichtresponsiven metallorganischen Gerüststrukturen kombiniert. Gleichzeitig ermöglicht die Auflage ein passives Thermomanagement, eine bedarfsgesteuerte antibakterielle Aktivität und verfügt über hautähnliche mechanische Adaptationseigenschaften.

Janus-Struktur mit hydrophiler und hydrophober Schicht

Das Material wird mit einem Verfahren hergestellt, bei dem feine Kunststofffasern fest miteinander verbunden werden. Dadurch entsteht ein stabiles und zugleich elastisches Gewebe mit mechanischen Eigenschaften, die der menschlichen Haut ähneln. Der verwendete Kunststoff (PVDF) ist ein gut verträgliches, häufig in der Medizintechnik eingesetztes Polymer. Zusätzlich enthält das Material spezielle poröse Partikel (ZIF‑8), die mit Eisen modifiziert sind. Diese Partikel gehören zu den sogenannten metallorganischen Gerüststrukturen und können unter Lichteinwirkung antibakteriell wirken.

Die Wundauflage selbst ist zweischichtig aufgebaut (Janus-Struktur): Außen befindet sich eine wasserabweisende Schicht, die Sonnenlicht reflektiert und Wärme nach außen abgibt. Innen liegt eine wasseranziehende Schicht, die Feuchtigkeit von der Wunde aufnimmt und die antibakteriellen Partikel enthält.

Durch die Eisenmodifikation können diese Partikel sichtbares Licht nutzen. Dabei entstehen reaktive Sauerstoffspezies, die Bakterien gezielt schädigen und abtöten. Gleichzeitig kann überschüssige Wärme über Infrarotstrahlung abgegeben werden, was zu einer kühlenden Wirkung führt.

Präklinische Studienergebnisse und Einblicke durch Genanalysen

In In‑vitro‑Versuchen erzielte die Wundauflage unter Weißlicht eine antibakterielle Wirksamkeit von 97,1 Prozent gegenüber Staphylococcus aureus, vergleichbar mit antibiotisch behandelten Positivkontrollen, bei gleichzeitig ausgezeichneter Biokompatibilität mit NIH3T3‑Fibroblasten über einen Zeitraum von fünf Tagen. In einem infizierten Ratten-Wundmodell erreichten mit der bionischen Wundauflage behandelte Wunden nach 11 Tagen nahezu vollständigen Wundverschluss, mit Heilungsraten von mehr als dem Doppelten im Vergleich zu unbehandelten oder mit reinem PVDF versorgten Kontrollgruppen.

RNA-Sequenzierungen und qPCR-Analysen zeigen, dass die bionische Wundauflage die Wundheilung aktiv auf genetischer Ebene reguliert. Die Wundauflage erhöht die Expression von Angiogenesemarkern (Vcam1, Vegfd, Vegfb, Vegfc), Genen der Zellmigration (Cemip, Cemip2) sowie antimikrobiellen Peptiden (Cathelicidin, Hepcidin) und reduziert gleichzeitig inflammatorische Faktoren (Ilrun, Madcam1, TNF-α). GO- und KEGG-Anreicherungsanalysen bestätigen eine signifikante Aktivierung verschiedener Signalwege, wodurch das Wundmikromilieu durch antibakterielle Effekte, Förderung der Angiogenese, antiinflammatorische und antioxidative Mechanismen optimiert wird. (ins)