Biomaterialien für die Medizin Die Haut hilft der Haut, sich selbst zu helfen

Nach dem allwissenden Pflaster kommen nun das biobasierte Wundmaterial. Es soll unter anderem helfen, die Heilung von schlecht heilenden Hautverletzungen zu verbessern. Denn die Versorgung solcher Verletzungen, beispielsweise bei chronischen Wunden oder Brandwunden, ist eine medizinische Herausforderung: Menschliche und tierische Hautlappen stehen nur in sehr begrenztem Maße zur Verfügung, deshalb kommen vor allem Gerüststrukturen aus synthetischen Polymeren zur Wundabdeckung zum Einsatz. Diese Materialien können jedoch meist nur temporär auf der Wunde verbleiben und sind nicht so elastisch wie unversehrte Haut. Kontraktionen und Spannungen können die unangenehme Folge für den Patienten sein und das Risiko erhöhen, dass die Wundheilung nicht richtig funktioniert.

Natürliche Faserproteine als Vorbild

Hier setzt das Projekt „SkinNext“ an. Darin wollen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS neuartige Biomaterialien für dermale Anwendungen entwickeln. Vorbild sind die natürlichen Faserproteine Elastin und Kollagen. Dass Haut, Lungengewebe, Blutgefäße oder Knorpel zugleich so elastisch, robust und widerstandsfähig sind und die Belastungen eines ganzen Lebens bewältigen, ist in erster Linie dem Zusammenspiel dieser beiden Proteine zu verdanken: Fasern aus Kollagen weisen eine hohe Zugfestigkeit auf und verleihen auf diese Weise den Geweben Stabilität. Elastin besitzt dazu komplementäre Eigenschaften und ist als Hauptbestandteil elastischer Fasern für die Elastizität und Dehnungsfestigkeit vieler Gewebe verantwortlich.

Dr. Christian Schmelzer betreut das Projekt am Fraunhofer IMWS und befasst sich seit Jahren mit der Bildung elastischer Fasern in menschlichen Geweben und ihrer Schädigung durch Alterungsvorgänge und Krankheiten. Er erklärt: „Elastin ist ein faszinierendes Protein mit außergewöhnlichen mechanischen und biochemischen Eigenschaften. Es gehört allerdings zu den wenigen Proteinen, die vom Körper nur einmal gebildet werden. Auch im Falle einer Beschädigung wird Elastin praktisch nicht mehr erneuert. Deshalb hat Narbengewebe nicht dieselben Eigenschaften wie unverletzte Haut. Vor allem bei großflächigen Verletzungen führt das häufig zu Problemen.“

Das Ziel sind mechanisch überlegene Materialien

Gemeinsam mit seinem Team will er in dem auf fünf Jahre angelegten Projekt Ausgangsstoffe, die auf Kollagen und Elastin basieren, zu neuartigen Biomaterialien kombinieren. „Diese natürlichen Ausgangsstoffe vereinen immunologische Verträglichkeit, Haltbarkeit und biologische Abbaubarkeit mit günstigen mechanischen Eigenschaften“, umschreibt Schmelzer die Vorteile des Ansatzes.

Das optimale Design der neuen Materialien geht einher mit ihrer umfassenden Charakterisierung der Mikrostruktur und der molekularen Ebene. Mit Techniken wie der Elektronenmikroskopie und der organischen Massenspektrometrie lässt sich herausfinden, ob die Materialien wirklich Struktur und Eigenschaften des neu entstehenden Gewebes verbessern und die Narbenbildung vermindern können. Nach und nach sollen so Biomaterialien entstehen, die bisherigen Lösungen überlegen und möglichst günstig herstellbar sind.