Wundheilung: Hydrogel mit Polylysin hemmt Bakterienwachstum

Forschende aus China haben ein Hydrogel entwickelt, das einfacher herzustellen ist, antibiotische Eigenschaften aufweist und das Zellwachstum fördert.

Hydrogele werden gerne bei Hautkrankheiten und in der Gewebezüchtung eingesetzt. Diese biokompatiblen Materialien auf Polymerbasis sind aufgrund ihrer Fähigkeit, Wasser zu speichern, Medikamente in Wunden einzubringen und sich biologisch abzubauen, nützlich. Sie sind jedoch kompliziert in der Herstellung und nicht sehr widerstandsfähig gegenüber äußeren Kräften wie Reibung an Kleidung, Bettlaken oder Wundverbänden. Sie sind auch nicht von Natur aus in der Lage, bakterielle Infektionen zu bekämpfen, weshalb ihnen häufig antimikrobielle Medikamente oder Metallionen zugeführt werden, was zu Antibiotikaresistenz und negativen Auswirkungen auf das Zellwachstum führen kann.

Forschende aus China haben nun ein Hydrogel entwickelt, das einfacher zu synthetisieren ist, natürliche antibiotische Eigenschaften enthält und das Zellwachstum fördert. „Ein Patient mit Diabetes kann Hautwunden haben, die aufgrund einer Stoffwechselerkrankung nicht leicht heilen“, so Autor Jing Sun. „Der Patient kann versuchen, die Wunden mit topischen Arzneimitteln wie Erythromycin zu behandeln, was anfangs vielleicht wirksam ist, aber über einen längeren Zeitraum hinweg die Symptome nicht lindern kann. Dies könnte auf eine Antibiotikaresistenz zurückzuführen sein.“

Die Forschenden verwendeten ein Hydrogel aus Gelatine-Methacryloyl und fügten die Aminosäure Polylysin sowie plättchenreiches Blutplasma hinzu, um solche Eigenschaften zu erzielen, die für die Wundversorgung gut geeignet sind. Das Ergebnis ist ein Hydrogel, das sich in der Wunde ausdehnt, länger hält, Bakterien abtötet und eine gesunde Umgebung für das Wachstum neuer Zellen schafft.

„Das Hydrogel gibt kontinuierlich Polylysin an die Wundoberfläche ab und hemmt kontinuierlich das Bakterienwachstum“, so Sun. „Wir haben uns für ε-Polylysin entschieden, weil es das Wachstum von Bakterien hemmen und das Problem des Antibiotikamissbrauchs und der Arzneimittelresistenz lösen kann und die Vermehrung und Entwicklung von Zellen nicht beeinträchtigt. Es kann auch mit Gelatine-Methacrylol konjugiert werden, das eine antimikrobielle Rolle spielt und die mechanische Festigkeit des Hydrogels erhöht.“

In Tests mit E. coli und S. aureus, dem Bakterium, das Staphylokokkeninfektionen verursacht, beschädigte das Hydrogel die Zellmembranen der Bakterien und führte zum Tod der Bakterienzellen. Bei gesunden Zellen führte die Zugabe von plättchenreichem Blutplasma zu einer Freisetzung von Wachstumsfaktoren und einer Zunahme der lebensfähigen Zellen.

„Der interessanteste und aufregendste Moment für mich war, als wir die Lösungen aus Polylysin und plättchenreichem Blutplasma mischten, um zu sehen, ob sie unter UV-Bestrahlung ein Hydrogel bilden können“, sagte Sun. Das Experiment funktionierte, und das Hydrogel kann unter einer UV-Lampe 30 Sekunden lang ausgehärtet werden, anstatt durch wiederholtes Einfrieren und Auftauen bis zu acht Stunden lang auszuhärten.

„Als Kliniker und Forscher in der Dermatologie habe ich die Verpflichtung, bessere Behandlungen für Patienten anzubieten“, sagte Sun. Patienten mit chronisch infizierten Wunden in Verbindung mit Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes, Unterernährung und anderen Krankheiten sowie langfristig bettlägerigen Patienten werde mit dieser Lösung geholfen, so Sun.