Lichtgesteuerte Wirkstoffabgabe für künftige Wundpflaster

Forschende aus der Schweiz haben ein Material entwickelt, das Chlorhexidin unter sichtbarem LED-Licht kontrolliert freisetzt. Als Bestandteil künftiger Wundpflaster könnte es eine gezielte Wirkstoffabgabe ermöglichen.

Ein Team um Dr. Luciano Boesel und Dr. Giorgia Giovannini aus der Abteilung „Biomimetic Membranes and Textiles“ in St. Gallen (Schweiz) hat ein Material entwickelt, das unter Lichteinstrahlung kontrolliert Wirkstoffe abgibt und dadurch die Wirksamkeit der Behandlung verbessern sowie ihre Nebenwirkungen reduzieren könnte. Dafür haben die Forschenden Siliziumdioxid-Nanopartikel mit dem gängigen Wunddesinfektionsmittel Chlorhexidin beladen. Anschließend haben sie diese mit einem Polymermantel beschichtet, der mit speziellen molekularen Fotoschaltern versetzt ist.

Vom Nanopartikel zur gezielten Wunddesinfektion

Werden diese Fotoschalter mit sichtbarem LED-Licht bestrahlt, verändern sie ihre Struktur, wodurch der Polymermantel anschwillt und seine Wasserdurchlässigkeit erhöht. Dadurch kann das Chlorhexidin aus dem Siliziumdioxid-Kern austreten. Wird das LED-Licht ausgeschaltet, ziehen sich die Polymer-Moleküle zusammen und nehmen wieder ihre ursprüngliche, wasserdichte Form an. „Eingebaut in ein Pflaster, ermöglicht dieses System eine kontrollierte Wunddesinfektion“, erläutert Boesel. „Der Zeitpunkt und die Dosis des freigesetzten Wirkstoffs lassen sich steuern, indem man die Dauer oder Intensität der Bestrahlung und die Wellenlänge des Lichts variiert.“ Den genauen Mechanismus haben die Forschenden nun in „Advanced Functional Materials“ publiziert.

Das System gibt den Wirkstoff kontrolliert ab. Damit hat es gegenüber anderen Pflastern den Vorteil, dass es das Medikament genau dosiert – damit vermindert es die Gefahr, dass die Bakterien in der Wunde Resistenzen entwickeln. „Am besten wäre es, wenn wir dieses neue System der lichtgesteuerten Wirkstoffabgabe mit einem Wundsensor kombinieren könnten, der laufend die Anzahl und Art der Bakterien bestimmt, die in der Wunde vorhanden sind“, ergänzt Boesel.

Personalisierte Wundbehandlung als Ziel

Ein Wundsensor, wie etwa derjenige, den die Empa 2025 entwickelt hat, würde eine zusätzliche Weiterentwicklung des Pflasters ermöglichen: Denn Siliziumdioxid-Nanopartikel lassen sich nicht nur mit einem Wunddesinfektionsmittel aufladen, sondern auch mit anderen therapeutischen Wirkstoffen, und der Polymermantel lässt sich mit unterschiedlichen Fotoschaltern ausstatten.

Je nachdem, welche Wellenlänge das Licht hat, mit dem man das Pflaster bestrahlt, aktiviert dieses unterschiedliche Fotoschalter. Die Wunde ließe sich somit gezielt mit genau dem Wirkstoff behandeln, der aufgrund des registrierten Bakterienbefalls zu dem Zeitpunkt nötig wäre. „Das wäre ein wichtiger Schritt in Richtung einer personalisierten Wundbehandlung“, betont Boesel.

Wie und wann dieses System der lichtgesteuerten Wirkstoffabgabe tatsächlich in der Praxis zum Einsatz kommen kann, ist derzeit noch nicht klar. Boesels Team hat es im Labor entwickelt und bisher ausschließlich im Reagenzglas getestet. In einem nächsten Schritt muss es nun auf den klinischen Bedarf angepasst werden. „Wir sind in Kontakt mit verschiedenen Kliniken, die grundsätzlich interessiert wären an einem solchen System“, sagt Boesel.