Ein Team der Empa und des «Massachusetts Institute of Technology» (MIT) in Boston entwickelt derzeit einen Wundverband, der mit Hilfe von «guten», probiotischen Bakterien gegen die Biofilm-Bewohner vorgeht. Einen «Proof of concept» haben die Forschenden kürzlich im Fachmagazin «Microbes and Infection» publiziert.
Zäher Biofilm
Das Team um die Empa-Forschenden Qun Ren und Zhihao Li vom «Biointerfaces»-Labor in St. Gallen nutzte für den neuen Verband lebende Milchsäurebakterien. Zu diesen probiotischen Laktobazillen gehören auch einige gute Bekannte des Menschen: Als Nützlinge kommen sie beispielsweise in der gesunden Darmflora vor und spielen bei der Herstellung von Lebensmitteln wie Joghurt und Käse eine grosse Rolle. «Die Laktobazillen sind bioverträglich und erzeugen ein saures Milieu durch die Produktion von Milchsäure», sagt der Mediziner Zhihao Li, der als Gastwissenschaftler an der Empa die klinische Expertise im Projekt beisteuerte. Hierdurch solle der ungünstige, basische pH-Wert in chronischen Wunden in die richtige, sprich saure, Richtung gedrängt werden. «In unseren Laborexperimenten konnten die Bakterien einen stark sauren pH-Wert von 4 im Kulturmedium erzeugen», so Teamleiterin Qun Ren. Dank der Milchsäureproduktion konnten unter Laborbedingungen zudem erwünschte Zellen, die zur Wundheilung beitrage, angelockt werden.
Nützlinge im Verband
Integriert wurden die Nützlinge schließlich in eine Wundauflage, die chronische Wunden vor weiteren Infektionen schützt. Damit wurde gleichzeitig ermöglicht, dass die lebenden Laktobazillen in geschütztem Umfeld Milchsäure produzieren konnten. Der Verband gab wie erwünscht das saure Produkt kontrolliert und stetig in die Umgebung ab. In Labortests konnte das Material mit integrierten Milchsäurebakterien einen typischen Biofilm aus Erregern in einer Kulturschale komplett zerstören. Die Frage war nun: Bestehen die Nützlinge auch den Test mit menschlicher Haut?
Das lebendige Pflaster
In kleinen Gewebeproben erzeugten die Forschenden künstliche Wunden von zwei Millimetern Länge und liessen einen Biofilm mit dem Wundkeim Pseudomonas aeruginosa heranwachsen. In diesem dreidimensionalen Modell einer menschlichen Hautwunde sollte sich die Probiotika-Wundauflage beweisen. Und tatsächlich verminderte der Bio-Verband die Zahl der Krankheitskeime um 99,999 %. Zudem konnten die Forschenden nachweisen, dass die Probiotika gut verträglich für menschliche Hautzellen sind und gleichzeitig die Produktion von Botenstoffen des Immunsystems auslösen. Nach diesem «Proof of Concept» sollen weitere Analysen zum Wirkmechanismus helfen, das Potential der Nützlinge aus der Bakterienwelt für ein «lebendes» Wundheilungsmaterial zu nutzen.
Originalpublikation
Z Li, S Zhang, F Zuber, S Altenried, A Jaklenec, Robert Langer, Q Ren; Successful Eradication of Biofilms in Chronic Wounds through Probiotics-incorporated Wound Dressings; Microbes and Infection (2023), doi: https://doi.org/10.1016/j.micinf.2023.105176
Quelle: pi Empa – Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt, 02.11.2023
