Wissenschaftler entwickeln intelligentes Verbandmaterial zur gezielten Bekämpfung schädlicher Bakterien

Das Material ist ein intelligenter Hydrogel, der mit Antibiotika beladen ist und direkt auf die Wunde unter einer Verbandlage aufgetragen wird. Es reagiert auf ein Enzym, das ädlichen Bakterien produziert wird. Sobald dieses Enzym vorhanden ist, beginnt der Hydrogel sich aufzulösen und gibt die darin gespeicherten Antibiotika frei.

Wenn schädliche Bakterien nicht vorhanden sind, bleibt das Hydrogel intakt und hält das Medikament versiegelt. „Antimikrobielle Resistenzen stellen ein globales Problem dar; wir benötigen daher bessere Ansätze für den Einsatz ", sagte Anita Shukla, Professorin an der School of Engineering der Brown University, die die Entwicklung des intelligenten Hydrogels leitete. „Wir haben ein Material entwickelt, das Antibiotika ausschließlich dann freisetzt, wenn schädliche Bakterien vorhanden sind.

Dadurch wird die Exposition gegenüber Antibiotika begrenzt, wenn sie nicht benötigt werden, gleichzeitig aber diese wichtigen Medikamente bereitgestellt, wenn sie tatsächlich erforderlich sind." In der in Science Advances veröffentlichten Studie testeten die Forschenden das Hydrogel und stellten fest, dass es hochselektiv für Enzyme ist, die von häufigen Bakterien produziert werden, die Wundinfektionen verursachen.

Technik, Energie und Einsatz

Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass das Material Infektionen möglicherweise wirksamer auflöst und die Wundheilung besser unterstützt als ein derzeit in der klinischen Versorgung eingesetztes Hydrogelverbandmaterial.

So funktioniert das Antibiotika-freisetzende Hydrogel Hydrogele sind gallertartige Materialien, die hauptsächlich aus Wasser und langen Polymermolekülen bestehen. Kleinere Moleküle, sogenannte Vernetzer, halten diese Polymere zusammen und unterstützen das Hydrogel dabei, seine Struktur beizubehalten.

Für dieses Material verwendete das Team einen Vernetzer, der sich auflöst, sobald er Enzyme namens Beta-Laktamasen trifft, die. Sobald dieser Abbau einsetzt, zerfällt das Hydrogel und gibt die darin enthaltenen Antibiotika frei.

Technik, Energie und Einsatz

In Petrischalen-Tests zerfiel das Material ausschließlich dann, wenn schädliche Bakterien anwesend waren, die Beta-Laktamasen produzieren. Bei Exposition gegenüber nur harmlosen Bakterien, die diese Enzyme nicht bilden, blieb das Hydrogel intakt und förderte auch bei langfristiger Einwirkung des Verbandes keine Antibiotikaresistenzen.

Die Forscher betonten, dass diese Empfindlichkeit gegenüber Beta-Laktamasen ßer Bedeutung ist, da sie sicherstellt, dass Antibiotika ausschließlich dann freigesetzt werden, wenn infektiöse Bakterien vorhanden sind. Dies könnte die Exposition gegenüber den gesunden Mikroben, die normalerweise auf der Haut leben, erheblich reduzieren.

Die Studie zeigte zudem, dass das Material sein Antibiotikum-Ladung bis zur Auslösung des Abbaus fest zurückhält. „Dies ist wirklich eine sehr stabile Formulierung, die verhindert, dass das Arzneimittel ausleitet", sagte Shukla. „Es ist wirklich darin gefangen, bis eine signifikante Menge an Beta-Laktamasen produziert wird, die den Hydrogelabbau auslösen kann." Mausstudien zeigen überlegene Infektionsbekämpfung In Mausversuchen stellten die Forscher fest, dass eine einzige Anwendung des Hydrogels eine bakterielle Infektion in einer Abschürfwunde vollständig eliminierte.

Technik, Energie und Einsatz

Das neue Verbandmaterial wirkte sowohl bei der bakteriellen Bekämpfung als auch bei der Wundheilung besser als ein weit verbreitetes antimikrobielles Verbandmaterial. Insgesamt deuten die Ergebnisse auf eine potenziell neue Strategie zur Behandlung, bei der die Wirksamkeit wichtiger Antibiotika erhalten bleibt.

Studien deuten darauf hin, dass antibiotikaresistente Infektionen weltweit jährlich mehr als eine Million Menschen töten.

Ohne Maßnahmen zur Reduzierung des übermäßigen Antibiotikaeinsatzes könnte die antimikrobielle Resistenz bis 2050 mit nahezu 10 Millionen Todesfällen pro Jahr verbunden sein. „Unsere Ergebnisse legen nahe, dass diese bakteriellen Enzym-empfindlichen intelligenten Hydrogele das Potenzial haben, eine gezielte, bedarfsgesteuerte Infektionsbekämpfung zu ermöglichen, während unnötige Expositionen gegenüber Antibiotika minimiert werden", so die Forscher. „Indem das Antibiotikum nur in Gegenwart, bietet unser Hydrogelsystem eine wirksame Behandlung und verringert gleichzeitig die Anfälligkeit für Antibiotikaresistenzen." Das Team hat das Material patentiert und entwickelt die Technologie weiter, um eine mögliche zukünftige kommerzielle Nutzung zu ermöglichen.

Referenz: „Bacterial enzyme-responsive hydrogels for triggered delivery of antibiotics to infected wounds", Alec McCall, Zhaowei Jiang, Brian W. LeBlanc und Anita Shukla, 20. März 2026, Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adz0786 Die Arbeit wurde durch das Dr. Ralph und Marian Falk Medical Research Trust unterstützt.