Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Smart gips kan fremskynde helingen af ​​kroniske sår

Patchen kan specialfremstilles i en 3D-printer og aktiveres af grønt lys. Kredit:Kiel Universitet

Kredsløbsforstyrrelser, diabetes eller liggende i samme stilling i længere perioder kan alle føre til kroniske sår, der ikke heler. Der er næppe nogen effektive behandlingsmuligheder. Et materialevidenskabeligt forskerhold fra Kiel University (CAU), sammen med kolleger fra University Medical Center Schleswig-Holstein (UKSH), Harvard Medical School, OS., og Dankook University i Sydkorea, har udviklet et sårplaster med forbedrede helingsfunktioner, som kan tilpasses individuelt til hver patient. Det 3D-printede plaster har antibakterielle egenskaber, forsyner såret med ilt og fugt, og understøtter dannelsen af ​​nyt væv. Egenskaberne aktiveres og styres af bestråling. Forskerne fra materialevidenskab og medicin præsenterede for nylig deres koncept i det videnskabelige tidsskrift Avancerede funktionelle materialer , hvor den optrådte som forsidehistorie.

Grundlaget for det nyudviklede plaster er en medicinsk hydrogel. På grund af dets høje vandindhold på 90 procent og forholdsvis store mellemrum på mikroskalaen, plasteret kan give optimal pleje til kroniske tørre sår. Imidlertid, den vigtigste komponent er antibakterielle zinkoxidmikropartikler, som reagerer på lys og er udviklet af materialevidenskabsforskerne i Kiel. Sammen med et team fra Brigham and Women's Hospital ved Harvard Medical School, Boston, de fandt en måde at anvende specielle proteiner på mikropartiklerne. Disse proteiner aktiveres med cellevenligt grønt lys, og derved stimulere dannelsen af ​​nye blodkar. Den forbedrede blodcirkulation giver anledning til nyt væv, som gør det muligt for såret at lukke.

"Ved at kontrollere effekterne af plastret med lys, vi kan tilpasse forløbet og doseringen af ​​behandlingen til patienternes individuelle behov, " sagde Rainer Adelung, Professor i funktionelle nanomaterialer ved Institut for Materialevidenskab ved Kiel Universitet og talsmand for forskeruddannelsesgruppen "Materials for Brain." Materialevidenskab omtaler dette som et "smart" materiale, som selvstændigt reagerer på ydre stimuli og kan styres af dem. Tilsvarende fungerende hydrogelplastre findes allerede, som også kan aktiveres på en målrettet måde - men deres terapeutiske virkninger udløses gennem varme eller elektriske signaler. "Imidlertid, disse koncepter har den ulempe, at såret også opvarmes, og hydrogelerne begynder at gå i opløsning, " forklarede Adelung.

I test, hydrogelplasteret demonstrerede sin antibakterielle virkning mod to typiske sårkim:med Pseudomonas aeruginosa (til højre), betydeligt færre bakterier har koloniseret området direkte omkring plasteret efter 72 timer (stiplet cirkel). Med Staphylococcus aureus (til venstre), bakterierne er endda helt forsvundet fra området direkte omkring plasteret (mørkegrå cirkel). Kredit:Kiel Universitet

Forskerholdet håber, at på længere sigt klinikker kan producere sin multifunktionelle, kontrollerbare patches selv ved hjælp af en 3D-printer, og aktivér plastrene direkte på patienter med meget lys, grønne lysdioder. "Formen af ​​plasteret samt koncentrationen af ​​zinkoxidpartiklerne og typen af ​​protein kan justeres individuelt ved 3D-print, " sagde førsteforfatter Dr. Leonard Siebert, der netop har afsluttet sin ph.d. om innovative 3D-printmetoder ved Kiel Universitet. Under et forskningsophold på flere måneder på den anerkendte Harvard Medical School i Boston, materialeforskeren forskede i arbejdsgruppen af ​​professor Su Ryon Shin, der producerer medicinske hydrogeler ved hjælp af specielle biologiske 3D-printere. "Vores partikler har en tetrapodal form, dvs. de består af flere "arme." Det betyder, at mange af vores vigtige proteiner kan påføres dem, men de passer ikke gennem konventionelle printdyser, " sagde Siebert for at beskrive en af ​​udfordringerne ved deres tilgang. I Boston, han udviklede endelig en metode til at printe zinkoxidpartiklerne fra sin Kiel-arbejdsgruppe sammen med hydrogelerne.

Ud over, Kiel-materialeforskerne arbejdede tæt sammen med professor Helmut Fickenscher, speciallæge i infektionsmedicin ved CAU og University Medical Center Schleswig-Holstein (UKSH). Han og hans team testede plasterets antibakterielle egenskaber:de satte det på en bakteriel biofilm i 72 timer og opdagede, at bakterierne ikke formerer sig inden for en radius af flere millimeter omkring plasteret. "Til denne test, vi brugte to typiske sårkim med to helt forskellige strukturer:Staphylococcus aureus og Pseudomonas aeruginosa. Plastret viste en terapeutisk effekt for begge grundlæggende typer, hvilket antyder en universel effekt, " opsummerede Dr. Gregor Maschkowitz, medicinsk mikrobiolog ved UKSH. Yderligere in vivo test blev udført på NBM Global Research Center for Regenerative Medicine ved Dankook University, Sydkorea. De første resultater der indikerer også god tolerabilitet af plasteret og forbedret sårheling.

"Dette plaster er et spændende koncept for personlig medicin, at behandle mennesker, der bruger skræddersyede behandlinger, så præcist, effektivt og skånsomt som muligt. Det er et håndgribeligt eksempel på det lovende potentiale i samarbejde mellem medicin og materialevidenskab, som vil blive stadig vigtigere i fremtiden, " sagde professor Fickenscher om det tværfaglige samarbejdsprojekt. Nu hvor de indledende test har vist, at deres koncept i princippet fungerer godt, forskerne ønsker at forbedre styringen ved at bruge lys endnu mere, så patienterne fremover kan tilbydes endnu mere effektiv personlig sårbehandling.