Dringen Keime in eine Wunde ein, können sie eine Infektion auslösen, die nicht abheilen mag oder sich sogar zu einer lebensgefährlichen Blutvergiftung (Sepsis) auswächst. Gerade bei komplexen Wunden stellt sich heute das Problem der Antibiotika-Resistenz. Forschende der Empa haben daher Cellulose-Membranen entwickelt, mit denen sich derartige Infektionen im Keim ersticken lassen.
In Gegenwart der multifunktionalen Eiweißbausteine einer Cellulose-Oberfläche heften sich menschliche Bindegewebszellen (Fibroblasten), wie erhofft, besser an und beginnen, sich gleichmässig zu verteilen.Das Team um Empa-Forscherin Katharina Maniura vom Biointerfaces-Labor in St. Gallen stellte hierzu feine Membranen aus pflanzlicher Cellulose mittels Electrospinning her. 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 Forschenden zusätzlich das Polymer Polyurethan mit eingesponnen hatten.
Um einen antibakteriellen Effekt zu erzielen, entwarfen die Forschenden multifunktionale Eiweißbausteine – Peptide –, die sich einerseits an die Cellulosefasern binden können 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 sind.
Behandelte man die Cellulose-Membranen mit einer derartigen Peptidlösung, sättigte sich das Faserngerüst mit den Eiweißbausteinen. In Zellkulturexperimenten wiesen die Forschenden daraufhin 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 % der Keime durch die Peptid-haltigen Membranen abgetötet.
Künftig sollen die antimikrobiellen Membranen zudem mit weiteren Funktionen ausgestattet werden. Die Peptide können beispielsweise mit Bindungsstellen funktionalisiert werden, die eine kontrollierte Abgabe von weiteren therapeutischen Wirkstoffen ermöglichen.
Quelle: Empa
