Revolutionärer intelligenter Verband überwacht Wunden und bietet gezielte Therapie für eine schnellere Heilung

• Der intelligente Verband kann den Zustand chronischer Wunden überwachen und geeignete Medikamente verabreichen. 
• Es verfügt über pH-, Temperatur- und Sauerstoffsensoren, die auf Pergamentpapier gefertigt sind.
• Alle Komponenten sind so ausgewählt, dass die Kosten niedrig bleiben. 

Mehr als 6,5 Millionen Amerikaner leiden jedes Jahr an chronischen, nicht heilenden Wunden wie Bettsteinen und diabetischem Fuß. Laut einer Studie kostet die Behandlung solcher Wunden jährlich mehr als 25 Milliarden US-Dollar, und diese Kosten steigen jedes Jahr aufgrund der zunehmenden Diabetes- und Fettleibigkeitsrate in der alternden Bevölkerung.

Bestehende Behandlungen sind generisch, arbeitsintensiv und ziemlich teuer. Am häufigsten greifen sie auf eine typische Reinigung, Sauerstofftherapie, Debridement (Entfernung beschädigten Gewebes) oder die systemische Verabreichung von Antibiotika zurück. Die in Krankenhäusern und Kliniken erhältlichen Verbände – Hydrokolloide, Schäume, Hydrogele, Alginat und mehr – sind nicht sehr wirksam.

Deshalb haben Forscher der Tufts University einen intelligenten Verband entwickelt, um den Zustand chronischer Wunden regelmäßig zu überwachen und geeignete Medikamente zu verabreichen, um die Heilungschancen zu erhöhen. Der Prototyp zielt darauf ab, die konventionelle, passive Bandagierungsbehandlung in ein effizientes Paradigma zur Bewältigung schwieriger medizinischer Herausforderungen umzuwandeln.

Komponenten von Smart Bandage

Um den natürlichen Heilungsprozess zu unterstützen, entwickelte das Team den Verband mit Heizelementen und auf Temperatur reagierenden Arzneimittelträgern, die als Reaktion auf eingebettete Temperatur- und pH-Sensoren, die Infektionen und Entzündungen überwachen, geeignete Arzneimittel übertragen können.

Ein intelligenter Verband mit Mikroprozessor (links) und Wundabdeckungsmodul (rechts) | Bildnachweis: Mike Silver/Tufts University

Im Gegensatz zu herkömmlichen Bandagen integriert die Smart Bandage Sensoren (Sauerstoff, pH-Wert, Entzündungsmediatoren), Medikamentenabgabe (Antibiotika, Sauerstoff, Stammzellen) und elektronische Intelligenz, um den Heilungsprozess durch die Überwachung individueller Reaktionen und die Möglichkeit geeigneter Therapieänderungen deutlich zu verbessern. Dies alles geschieht mit begrenztem Eingreifen der Pflegekraft oder des Patienten.

Wie funktioniert es?

Einer der entscheidenden Parameter zur Verfolgung des Fortschreitens einer chronischen Wunde ist der pH-Wert. Normalerweise haben heilende Wunden einen pH-Wert zwischen 5,5 und 6,5, bei nicht heilenden Wunden liegt der Wert jedoch über 6,5. Ein weiterer wichtiger Parameter ist die Temperatur, die das Entzündungsniveau in der Nähe der Wunde angibt.

Der intelligente Verband verfügt über nanoskalige Silber- (als Antiseptikum verwendete) sowie pH-, Temperatur- und Sauerstoffsensoren, die auf Pergamentpapier (hydrophob) hergestellt sind. Das Sauerstoffabgabemodul basiert auf der katalytischen Umwandlung von Wasserstoffperoxid über mit Mangandioxid-Nanopartikeln abgeschiedenen Bereichen.

Sauerstofferzeugungs- und -sensorpflaster | Mit freundlicher Genehmigung von Forschern 

Das hydrophobe Papier ist biokompatibel und zur Wundversorgung geeignet. Sie können verhindern, dass Wasserstoffperoxid mit dem infizierten Bereich in Berührung kommt, und ermöglichen die Diffusion von Sauerstoff in das Wundbett.

Referenz:NextFlex | Tufts University

Alle Komponenten der Smart Bandage sind so ausgewählt, dass die Kosten niedrig bleiben. Außerdem sind alle Komponenten wegwerfbar, mit Ausnahme des Mikroprozessors, der wiederverwendet werden kann.

Tests und Anwendungen

Diese Art von intelligenten Bandagen bietet vielfältige Möglichkeiten:Sie können in andere Sensormodule, Medikamente und Wachstumsfaktoren eingebettet werden, um verschiedene Erkrankungen als Reaktion auf mehrere Heilungsmarker zu behandeln.

Der Prototyp wurde erfolgreich unter In-vitro-Bedingungen (kontrollierte Umgebung außerhalb eines lebenden Organismus) getestet. Das Team führt derzeit klinische Studien unter lebenden Organismen durch, um die Vorteile gegenüber herkömmlichen Bandagen zu ermitteln.

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Dabei stehen sie möglicherweise vor folgenden Herausforderungen:

1. Drucken notwendiger heterogener Materialien auf Pergamentpapier unter wiederholten Biegezyklen.
2. Integration flexibler Mikroflüssigkeitsabgabekanäle.
3. Geeignete Kapselung elektrischer Module.