Antibakterielle Cellulose Zarter Stoff mit tödlicher Wirkung: Wundverband gegen Bakterien

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EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt

Schnitte und Schürfwunden öffnen Bakterien den Weg in den Körper. Die Eindringlinge können sich in der Wunde verbreiten und dort schwere Infektionen verursachen. Ein neuentwickeltes Verbandsmaterial von Empa-Forschern soll die Erreger aktiv bekämpfen – und dabei sogar antibiotikaresistente Keime abtöten.

St. Gallen/Schweiz – Dringen Keime in eine Wunde ein, können sie eine dauerhafte Infektion auslösen, die nicht abheilt und sich sogar im Körper ausbreiten und zu einer lebensgefährlichen Blutvergiftung (Sepsis) führen kann. Immer häufiger steht der Wundbehandlung die Antibiotikaresistenz der eingedrungenen Bakterien im Weg: Staphylokokken etwa sind unempfindlich gegen die einstige Wunderwaffe der Medizin geworden.

Forscher der Empa haben nun Cellulose-Membranen entwickelt, mit denen sich selbst Infektionen mit antibiotikaresistenten Bakterien im Keim ersticken lassen. Das Team um Prof. Dr. Katharina Maniura vom Biointerfaces-Labor in St. Gallen hat dazu feine Membranen aus pflanzlicher Cellulose mittels Electrospinning hergestellt. Die Cellulosefasern mit einem Durchmesser unter einem Mikrometer wurden zu einem zarten dreidimensionalen Gewebe in mehreren Schichten gesponnen. Besonders flexibel und gleichzeitig stabil wurden die Membranen, nachdem die Forscher zusätzlich das Polymer Polyurethan mit eingesponnen hatten.

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Eiweißbausteine als Waffe gegen Bakterien

Um einen antibakteriellen Effekt zu erzielen, entwarfen die Wissenschaftler multifunktionale Eiweißbausteine – Peptide –, die sich einerseits an die Cellulosefasern binden und zudem eine antimikrobielle Aktivität aufweisen. Diese Peptide haben den Vorteil, dass sie einfacher herzustellen sind und stabiler bleiben als größere Proteine, die empfindlicher auf die chemischen Bedingungen in einer Wunde reagieren.

Behandelte man die Cellulose-Membranen mit einer derartigen Peptidlösung, sättigte sich das Faserngerüst mit den Eiweißbausteinen. In Zellkulturexperimenten wiesen die Forscher nach, dass die Peptid-haltigen Membranen für menschliche Hautzellen gut verträglich sind. Für Bakterien wie Staphylokokken, die häufig in schlechtheilenden Wunden zu finden sind, waren die Cellulose-Membranen hingegen ein Todesurteil. „In Bakterienkulturen wurden über 99,99 Prozent der Keime durch die Peptid-haltigen Membranen abgetötet“, sagt Maniura.

Künftig sollen die antimikrobiellen Membranen mit weiteren Funktionen ausgestattet werden. „Die Peptide könnten beispielsweise mit Bindungsstellen funktionalisiert werden, die eine kontrollierte Abgabe von weiteren therapeutischen Wirkstoffen ermöglichen“, gibt Maniura einen Ausblick.

Originalpublikation: R Weishaupt, JN Zünd, L Heuberger, F Zuber, G Faccio, F Robotti, A Ferrari, G Fortunato, Q Ren, K Maniura-Weber, AG Guex: Antibacterial, Cytocompatible, Sustainably Sourced: Cellulose Membranes with Bifunctional Peptides for Advanced Wound Dressings, Advanced Healthcare Materials Volume 9, Issue 7, April 8, 2020, DOI: 10.1002/adhm.201901850

* Dr. A. Six, EMPA Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, 8600 Dübendorf/Schweiz

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