Biologische Haftkraft als Vorbild: Forscher haben einen Gewebekleber entwickelt, der die Substanz nachahmt, mit der sich Seepocken an Felsen oder Meerestiere heften. Die bio-inspirierte Paste kann auch im „glitschigen“ Körperinneren sehr schnell Wunden abdichten und damit Blutungen stoppen, zeigen Tests. Der medizinische „Seepocken-Klebstoff“ hat damit großes Einsatzpotenzial in der Chirurgie und Notfallmedizin, sagen die Wissenschaftler.
Der Blutverlust muss gestoppt werde, sonst droht Lebensgefahr: Dies ist ein bedeutendes medizinisches Problem, das noch immer nicht zufriedenstellend gelöst werden konnte. Um Wunden zu verschließen, wird üblicherweise genäht – doch vor allem in Notsituationen eignet sich dieses relativ zeitaufwändige Verfahren oft nicht. Eine Alternative stellen mit Gerinnungsfaktoren beladene Pflaster dar, die Blutungen stoppen können. Doch ihre Einsatzmöglichkeiten und die Haftkraft im Bereich stark blutender Wunden lässt immer noch zu wünschen übrig.
Der Entwicklung von neuen Möglichkeiten der Wundversorgung und Blutungsstillung widmet sich bereits seit einigen Jahren ein US-Forscherteam unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Cambridge. Die Wissenschaftler lassen sich dabei von Konzepten aus der Natur inspirieren. Im aktuellen Fall dienten ihnen Seepocken als Vorbild. Diese kleinen Krustentiere sind für ihre Fähigkeit bekannt, sich an Oberflächen von Felsen, Schiffsrümpfen und sogar von Tieren wie Walen festsetzen zu können. Das Erstaunliche ist dabei, dass ihnen dies trotz der nassen, glitschigen und schmutzigen Bedingungen gelingt. „Diese Lebewesen schaffen in der marinen Umgebung genau das, was wir tun müssen, um mit den komplizierten Blutungsproblemen im Körper fertigzuwerden”, sagt Erstautor Hyunwoo Yuk vom MIT.
Seepockenleim im Visier
So widmeten sich die Forscher zunächst einer Analyse des Verfahrens ihrer biologischen Vorbilder. Es zeigte sich, dass der Seepockenleim eine clevere Zusammensetzung aufweist: Die klebrigen Eiweißmoleküle, die den Seepocken helfen, sich an Oberflächen zu befestigen, sind in eine ölige Substanz integriert, die Wasser und Verunreinigungen von der Zieloberfläche verdrängt, sodass sie fest an ihr haften können. Dieses raffinierte Seepockenleim-Rezept versuchte das Team zu imitieren, indem es einen zuvor entwickelten Klebstoff anpasste. Dieses klebrige Material besteht aus einem Polymer, in das eine organische Verbindung eingebettet ist, die für die Haftung sorgt, sowie Zucker-Verbindungen, die das Material verstärken. Für die neue Formulierung froren die Forscher diesen Klebstoff ein und mahlten ihn dann zu Mikropartikeln. Dieses Pulver mischten sie anschließend in ein medizinisches Silikonöl.
Test zeigten, dass die entstandene Paste ähnlich wirkt wie der Seepockenleim: Auf einer feuchten Oberfläche stößt das Öl Flüssigkeiten wie Blut und andere Substanzen ab, sodass sich die klebenden Mikropartikel mit der Oberfläche vernetzen können. Dass dies auch konkret bei Wunden klappt, zeigten die Forscher zunächst durch Versuche an Wunden bei Ratten. Innerhalb von 15 bis 30 Sekunden nach dem Auftragen des Klebstoffs härtet er bei leichtem Druck aus, dichtet Wunden ab und die Blutung stoppt, so das Ergebnis.
Vielversprechende Testresultate
In weiteren Untersuchungen an Schweinen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass der Klebstoff Blutungen in der Leber im Vergleich zu herkömmlichen hämostatischen Mitteln schneller und wirksamer stoppen konnte. Das System funktionierte dabei auch, wenn den Schweinen starke Blutverdünner wie Heparin verabreicht wurden, sodass sich deren Blut nicht spontan verklumpen konnte. Vor dem Hintergrund, dass viele Menschen solche Medikamente verwenden, hat dies eine große Bedeutung. “Unsere Daten zeigen, wie die Paste eine schnelle Blutstillung auf gerinnungsunabhängige Weise erreicht. Die daraus resultierende Gewebeversiegelung kann sogar hohen arteriellen Drücken standhalten”, resümiert Co-Autor Christoph Nabzdyk von der Mayo Clinic in Rochester.
Die Tests bestätigten zudem die Verträglichkeit und vor allem die ausreichende Beständigkeit des Materials: Die Versiegelung bleibt demnach mehrere Wochen lang intakt, sodass das betroffene Gewebe heilen kann. Anschließend wird der Klebstoff dann vom Körper abgebaut – er kann aber auch schon früher durch ein Lösungsmittel entfernt werden, falls Chirurgen etwa die Wunde noch reparieren müssen, berichten die Forscher. Wie sie erklären, ist ein großer Vorteil der neuen Klebepaste, dass sie bei besonders komplizierten Wunden eingesetzt werden kann: „Die formbare Paste kann in jede unregelmäßige Form fließen und diese dadurch versiegeln”, sagt Co-Autor Jingjing Wu vom MIT. “Das gibt den Anwendern die Freiheit, sie an unregelmäßig geformte, blutende Wunden aller Art anzupassen.”
Bis der bio-inspirierte Sekundenkleber verfügbar sein wird, ist allerdings noch Entwicklungsarbeit nötig: Die Forscher planen nun, das Einsatzpotenzial und die Verträglichkeit weiter auszuloten. “Wir sind nun auf dem Weg, Haftprobleme in der schwierigen Umgebung des menschlichen Gewebes zu lösen und versuchen unsere Ergebnisse in reale Produkte umzusetzen, die Leben retten können”, sagt Seniorautor Xuanhe Zhao vom MIT.
Quelle: Massachusetts Institute of Technology, Mayo Clinic, Fachartikel: Nature Biomedical Engineering, doi: 10.1038/s41551-021-00769-y
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