Beschleunigte Wundheilung Fangnetz eliminiert antibiotikaresistente Keime

Anbieter zum Thema

JULABO GmbH

BRAND GMBH + CO KG

SIM Scientific Instruments Manufacturer GmbH

Ein neu entwickeltes Hydrogel verbessert die Wundheilung, indem es Keime wie ein Fangnetz festsetzt und eliminiert. Per Infrarotlicht setzt das Gel Wirkstoffe frei, welche gezielt die Erreger in der Wunde abtöten. In Tierversuchen war das Konzept bereits erfolgreich und soll nun in klinischen Studien getestet werden.

Bakterielle Infektionen verursachen weltweit rund 7,7 Millionen Todesfälle pro Jahr, und zunehmende Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika verschärft das Problem weiter. Gerade Infektionen in Wunden sind nicht nur zunehmend schwer behandelbar, sondern behindern gleichzeitig die Heilung des umliegenden Gewebes. Der Grund: sie verursachen eine fehlgeleitete Entzündungsreaktion, bei der das Immunsystem dauerhaft aktiviert bleibt, gesundes Gewebe schädigt und die für die Heilung nötigen Reparaturprozesse blockiert. Antibiotika können hier, selbst wenn sie gegen die Keime wirksam sind, nicht viel ausrichten.

Krankheitserreger mit Proteinnetzen einfangen

Genau hier setzen ETH-Professor Raffaele Mezzenga und sein Team an. Gemeinsam mit Forschenden der Shanghai haben sie sich von den netzartigen Protein-Strukturen inspirieren lassen, die Immunzellen freisetzen, um Krankheitserreger einzufangen und unschädlich zu machen. Diese so genannten Neutrophil Extracellular Traps, kurz NETs, sind eine Art natürlicher Fangnetze, die verhindern, dass sich Infektionen im Körper ausbreiten.

Versuche, solche Strukturen künstlich nachzuahmen, gab es bereits. Doch die dabei verwendeten synthetischen Materialien erwiesen sich zum Teil als zu instabil, nicht genügend verträglich oder wenig wirksam gegen resistente Keime.

Biomechanik im Lab-on-a-Chip-System

Druckkammer für Körperzellen: komprimierbare Hydrogel-Mikrostrukturen

Infrarotlicht aktiviert das Gel

„Im Gegensatz zu vielen synthetischen Ansätzen setzen wir auf ein natürliches, protein-basiertes System“, erläutert Mezzenga. Die Forscher gewinnen ihr Gel aus Hühnereiweiß und es besteht aus einem dichten Geflecht winziger Proteinfasern aus in dieser Form noch inaktivem Lysozym – einem antibakteriellen Enzym, das auch im menschlichen Körper vorkommt. Das Gel wirkt in dieser Form wie ein physisches Netz, das sich über die Wunde legt und darin enthaltene Bakterien festhält.

Der entscheidende Schritt für die Aktivierung des Enzyms erfolgt auf Knopfdruck: Bestrahlen Ärzte das Gel mit Nahinfrarot-Licht – also einer schonenden, wenig invasiven Methode –, erwärmt sich ein dafür eingelagertes Farbmolekül. Durch die Wärme im Farbmolekül löst sich wiederum ein Teil des Faser-Netzes vorübergehend auf und setzt einzelne Lysozym-Moleküle frei. In diesem Zustand sind sie biologisch aktiv: Sie greifen die Zellwände der Bakterien an und töten diese ab.

Bildergalerie

Bildergalerie mit 7 Bildern

Heilung statt Dauer-Entzündung

Parallel dazu setzt das Gel bei Lichtaktivierung Magnesium-Ionen frei. Diese wirken nicht antibakteriell, aber beruhigen das Immunsystem: Es programmiert entzündungsfördernde Immunzellen in einen regenerativen Zelltyp um. Statt Entzündungsreaktionen aufrechtzuerhalten, unterstützen die Zellen nun aktiv die Gewebe-Reparatur und fördern so die Heilung, anstatt sie zu behindern.

Sobald der Lichtimpuls endet, finden sich die Proteinfasern wieder zu einem stabilen Netz zusammen. Das Gel wird erneut zu einem Gerüst, das den Zellen Halt gibt und die Regeneration des Gewebes unterstützt.

Die Besonderheit des Hydrogels liegt also in der Reversibilität der Fasern: Sie können sich öffnen und wieder zusammenfinden. „Unsere Technologie kombiniert antibakterielle Wirkung, Entzündungshemmung und Wundheilung. Insbesondere für diabetische Patient:innen mit chronischen Wunden oder solche mit Antibiotikaresistenzen könnte dies dereinst neue Möglichkeiten eröffnen“, sagt Qize Xuan von der Universität Shanghai, Erstautor der Studie und ehemaliger Gastdoktorand in Mezzengas Labor.

Bakterienlast im Mausmodell um 95 Prozent reduziert

Getestet wurde das Hydrogel bereits in präklinischen Studien an Mäusen und Schweinen. Im Mausmodell reduzierte das Gel die Bakterienlast in einer mit dem antibiotikaresistenten MRSA-Keim infizierten Wunde um über 95 Prozent. Die behandelte Wunde verschloss sich zudem nahezu vollständig innerhalb von 15 Tagen, während unbehandelte Kontrollwunden deutlich verzögert heilten. Auch im Schweinemodell zeigte sich eine beschleunigte Wundheilung und eine deutlich geringere bakterielle Besiedlung. Zudem schuf das Material ein günstiges Umfeld für die Neubildung von Knochen- und Weichgewebe.

Das Gel, das direkt auf der Wunde aufgetragen wird, verbleibt während des Heilungsprozesses auf der Wunde. Es zieht in das Gewebe ein und baut sich schrittweise selbst ab, während sich das Gewebe regeneriert.

Bis das Gel Patienten zur Verfügung steht, ist es aber noch ein langer Weg. Als nächster Schritt sind klinische Studien nötig. „Dafür suchen wir jetzt industrielle Partner“, sagt Mezzenga. „Solche Studien sind aufwendig, teuer und nur in enger Zusammenarbeit mit Kliniken realisierbar.“

Originalpublikation: Xuan Q, Li H, Gao Y, Qiao X, Feng Y, Yu X, Cai J, Jin T, Liu B, Peydayesh M, Su J, Fischer P, Wang P, Chen C, Zhou J, Mezzenga R: Photo-reversible amyloid nanoNETs for regenerative antimicrobial therapies, Nature Communications 16, Article number: 11025, 10. Dezember 2025; DOI: 10.1038/s41467-025-65976-6

(ID:50701000)