Es handelt sich um ein flexibles, batterieloses, bioelektronisches System, das aus drahtlos betriebenen Sensor- und Stimulationsschaltkreisen mit geschlossenem Regelkreis von hautangrenzenden Hydrogel-Elektroden besteht, die bei Bedarf haften und abgelöst werden können. Die Funktionsweise basiert darauf, dass das System biophysikalische Signale wie etwa eine erhöhte Wundtemperatur bei Infektion detektiert und diese an das tragbare Gerät weitergibt. Auf diese Weise können die Signale schnelle, robuste und genaue Informationen über den Wundzustand in Echtzeit liefern, ohne dass es zu einem Öffnen des Wundverbandes kommen muss.
Nachteile bisheriger smart bandages
Die sogenannten smart bandages sind kein neues Phänomen. Wie die Autoren erklären, sind bereits entwickelte Technologien in der Lage, pH-Werte, die Temperatur, Sauerstoffversorgung, Impedanz, Bewegung und enzymatische Schwankungen zu erkennen. Auch konnte bereits gezeigt werden, dass eine elektrische Stimulation die Gewebedurchblutung verbessert, die Funktion der Immunzellen stimuliert und die Keratinozytenmigration durch die sog. Galvanotaxis beschleunigt.
Unglücklicherweise seien die derzeitigen elektrische Stimulationsgeräte sperrig, an Drähte gebunden und unbequem zu tragen, was die Patienten-Compliance einschränke. Und auch die Klebeelektroden hielten einige Tücken bereit.
„Während Klebeelektroden für eine robuste Signalübertragung unerlässlich sind, kann das Ablösen vorhandener Klebeverbände außerdem zu Sekundärschäden an empfindlichem Wundgewebe führen“, schreiben die Forscher.
Förderung der Durchblutung, Reduktion der Narbenbildung
Die im November von Nature Biotechnology veröffentlichte Studie „Wireless, Closed-Loop, Smart Bandage with integrated sensors and stimulators for Advanced Wound Care and Accelerated Healing“ zeigte, dass ihr Gerät ein schnelleres Schließen von Wunden fördert, die Durchblutung von verletztem Gewebe erhöht und die Narbenbildung reduziert.
Am Mausmodell demonstrierte das Team, dass das Wundversorgungssystem die Hautimpedanz und -temperatur kontinuierlich überwachte und als Reaktion auf die Wundumgebung elektrische Impulse abgeben konnte.
„In allen präklinischen Wundmodellen heilte die Behandlungsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe um etwa 25% schneller und mit einer um etwa 50% gesteigerten Hautremodellierung. Darüber hinaus beobachteten wir die Aktivierung von proregenerativen Genen in Monozyten- und Makrophagen-Zellpopulationen, was die Geweberegeneration, Neovaskularisation und dermale Erholung verbessern kann.“
Dicke einer einzelnen Schicht Latexfarbe
Die elektronische Schicht, einschließlich einer Mikrocontrollereinheit (MCU), einer Funkantenne, eines Speichers, eines elektrischen Stimulators, Biosensoren und anderer Komponenten, ist 100 Mikrometer dick – etwa so dick wie eine einzelne Schicht Latexfarbe.
Das Polymer im Hydrogel sei so konzipiert, dass es bei Bedarf sicher an der Wundoberfläche haftet, sich aber sauber und sanft von der Wunde löst, wenn es auf einige Grad über Körpertemperatur (40°C/104°F) erwärmt wird.
Kein passives Werkzeug
Wie Yuanwen Jiang, PhD, Co-Erstautor der Studie betont, handle es sich um ein aktives Heilungsgerät, das den Pflegestandard bei der Behandlung chronischer Wunden verändern könnte.
Die elektrische Stimulation könnte in ihrer Theorie die Aktivierung von proregenerativen Genen wie dem entzündungshemmenden Selenoprotein P (Selenop) fördern, das nachweislich bei der Beseitigung von Krankheitserregern und der Wundheilung helfe, sowie Apoe, das nachweislich das Muskel- und Weichgewebewachstum steigert.
Ebenso erhöhte die elektrische Stimulation die Menge an weißen Blutkörperchenpopulationen, nämlich Monozyten und Makrophagen, durch die Rekrutierung größerer Mengen an entzündungshemmenden M2-Makrophagen, von denen bekannt ist, dass sie proregenerativ wirken und eine Schlüsselrolle bei der Bildung der extrazellulären Matrix spielen, die während der proliferativen Phasen der Wundheilung erforderlich ist.
Aussicht
Die Forschenden betonen, dass es sich bei ihrer intelligenten Wundauflage um ein Proof of Concept handle, wenn auch ein vielversprechendes. Viele Herausforderungen blieben jedoch bestehen. Dazu gehören die Vergrößerung des Geräts auf den menschlichen Maßstab, die Kostenreduktion und die Lösung von Problemen bei der langfristigen Datenspeicherung – alles, was erforderlich sei, um bei Bedarf auf eine Massenproduktion zu skalieren.
Trotz dieser Hürden machen die Forscher weiter und bleiben optimistisch in Bezug auf das Potenzial ihrer intelligenten Wundauflage, Patienten mit chronischen Wunden Hoffnung zu geben.
