Cirkulationsstörningar, diabetes eller att ligga i samma ställning under längre perioder kan alla leda till kroniska sår som inte läker. Det finns knappast några effektiva behandlingsalternativ. Ett materialvetenskapligt forskarlag från Kiel University (CAU), tillsammans med kollegor från University Medical Center Schleswig-Holstein (UKSH), Harvard Medical School, U.S., och Dankook University i Sydkorea, har utvecklat ett sårplåster med förbättrade läkningsfunktioner som kan anpassas individuellt för varje patient. Det 3D-printade plåstret har antibakteriella egenskaper, förser såret med syre och fukt, och stöder bildandet av ny vävnad. Egenskaperna aktiveras och styrs av bestrålning. Forskarna från materialvetenskap och medicin presenterade nyligen sitt koncept i den vetenskapliga tidskriften Avancerade funktionella material , där den fanns som omslagsberättelse.

Grunden för det nyutvecklade plåstret är en medicinsk hydrogel. På grund av dess höga vattenhalt på 90 procent och förhållandevis stora avstånd på mikroskalan, plåstret kan ge optimal vård för kroniska torra sår. Dock, den viktigaste komponenten är antibakteriella zinkoxidmikropartiklar, som reagerar på ljus och utvecklades av materialvetenskapsforskarna i Kiel. Tillsammans med ett team från Brigham and Women's Hospital vid Harvard Medical School, Boston, de hittade ett sätt att applicera speciella proteiner på mikropartiklarna. Dessa proteiner aktiveras med cellvänligt grönt ljus, och därigenom stimulera bildandet av nya blodkärl. Den förbättrade blodcirkulationen ger upphov till ny vävnad, vilket gör att såret kan stängas.

"Genom att kontrollera effekterna av plåstret med ljus, vi kan anpassa behandlingens förlopp och dosering till patienternas individuella behov, sa Rainer Adelung, Professor i funktionella nanomaterial vid Institutet för materialvetenskap vid Kiel University och talesperson för forskarutbildningsgruppen "Materials for Brain." Materialvetenskap hänvisar till detta som ett "smart" material, som självständigt reagerar på yttre stimuli och kan kontrolleras av dem. Liknande fungerande hydrogelplåster finns redan, som också kan aktiveras på ett riktat sätt - men deras terapeutiska effekter utlöses genom värme eller elektriska signaler. "Dock, dessa koncept har nackdelen att såret också värms upp och hydrogelerna börjar sönderfalla, " förklarade Adelung.

Forskargruppen hoppas att på lång sikt, kliniker kan producera sin multifunktionella, kontrollerbara patchar själva med hjälp av en 3D-skrivare, och aktivera plåstren direkt på patienter med mycket ljusa, gröna lysdioder. "Formen på plåstret samt koncentrationen av zinkoxidpartiklarna och typen av protein kan justeras individuellt genom 3D-utskrift, " sa första författaren Dr Leonard Siebert, som precis avslutat sin Ph.D. om innovativa 3D-utskriftsmetoder vid Kiel University. Under en forskningsvistelse på flera månader vid den berömda Harvard Medical School i Boston, materialforskaren som forskat i arbetsgruppen av professor Su Ryon Shin, som producerar medicinska hydrogeler med hjälp av speciella biologiska 3D-skrivare. "Våra partiklar har en tetrapodal form, dvs de består av flera "armar." Detta betyder att många av våra viktiga proteiner kan appliceras på dem, men de passar inte genom konventionella tryckmunstycken, " sa Siebert för att beskriva en av utmaningarna med deras tillvägagångssätt. I Boston, han utvecklade äntligen en metod för att skriva ut zinkoxidpartiklarna från sin arbetsgrupp i Kiel tillsammans med hydrogelerna.

Dessutom, materialforskarna från Kiel arbetade nära med professor Helmut Fickenscher, en specialist i infektionsmedicin vid CAU och University Medical Center Schleswig-Holstein (UKSH). Han och hans team testade plåstrets antibakteriella egenskaper:de satte det på en bakteriell biofilm i 72 timmar och upptäckte att bakterierna inte sprider sig inom en radie av flera millimeter runt plåstret. "För detta test, vi använde två typiska sårbakterier med två helt olika strukturer:Staphylococcus aureus och Pseudomonas aeruginosa. Plåstret visade en terapeutisk effekt för båda grundläggande typerna, vilket antyder en universell effekt, " sammanfattade Dr Gregor Maschkowitz, medicinsk mikrobiolog vid UKSH. Ytterligare in vivo-tester genomfördes vid NBM Global Research Center for Regenerative Medicine vid Dankook University, Sydkorea. De första resultaten där tyder också på god tolerabilitet av plåstret och förbättrad sårläkning.

"Det här plåstret är ett spännande koncept för personlig medicin, att behandla människor som använder skräddarsydda behandlingar så exakt, effektivt och skonsamt som möjligt. Det är ett konkret exempel på den lovande potentialen i samarbete mellan medicin och materialvetenskap, som kommer att bli allt viktigare i framtiden, " sa professor Fickenscher om det tvärvetenskapliga samarbetsprojektet. Nu när de inledande testerna har visat att deras koncept fungerar bra i princip, forskarna vill förbättra kontrollen med ljus ytterligare, så att patienterna i framtiden kan erbjudas ännu mer effektiv personlig sårbehandling.