Ein biomedizinisches Ingenieurteam an der Brown University hat kürzlich einen neuen intelligenten Wundverband entwickelt: ein Hydrogelmaterial, das das Vorhandensein schädlicher Bakterien in der Wunde „spüren“ kann und nur dann Antibiotika freisetzt, wenn bestimmte bakterielle Enzyme erkannt werden, wodurch die Heilung beschleunigt und gleichzeitig der unnötige Einsatz von Antibiotika deutlich reduziert wird. Forscher fanden in neu veröffentlichten Tierversuchen und In-vitro-Experimenten heraus, dass das Material besser ist als ein antibakterieller Hydrogel-Verband, der derzeit in der klinischen Praxis häufig zur Beseitigung von Infektionen und zur Förderung der Heilung eingesetzt wird, und dass es sich voraussichtlich zu einer neuen Strategie zur Bewältigung des globalen Problems der Antibiotikaresistenz entwickeln wird.
Berichten zufolge ist der Kern dieses intelligenten Verbandes ein Hydrogel, das direkt auf die Wundoberfläche aufgetragen werden kann und im Inneren mit Antibiotika „beladen“ ist. Die Hydrogelstruktur besteht aus langkettigen Polymeren und Vernetzungsmitteln kleinerer Moleküle. Letzteres wird abgebaut, wenn es auf β-Lactamase trifft, die von bestimmten Bakterien produziert wird, wodurch die Gesamtstruktur des Hydrogels zusammenbricht und dadurch die Antibiotika freigesetzt werden, die fest „im Inneren eingeschlossen“ sind. Wenn solche schädlichen Bakterien nicht in der Wundumgebung vorhanden sind, bleibt das Hydrogel stabil und intakt und das Arzneimittel tritt nicht aus, wodurch Störungen und eine Exposition gegenüber der gesunden Kommensalflora auf der Haut vermieden werden.
Anita Shukla, Leiterin des Projekts und Professorin an der School of Engineering der Brown University, sagte, dass das aktuelle globale Problem der antimikrobiellen Resistenz ernst sei und es von entscheidender Bedeutung sei, Antibiotika „intelligenter“ einzusetzen. Sie wies darauf hin, dass das Designkonzept dieses Materials eine „Arzneimittelabgabe nach Bedarf“ sei: Nur wenn tatsächlich infektionsverursachende Bakterien in der Wunde vorhanden seien, werde der Verband die Arzneimittelfreisetzung initiieren; Liegt keine Infektion vor, bleibt das Medikament immer versiegelt, wodurch das Risiko eines übermäßigen Einsatzes von Antibiotika an der Quelle verringert wird.
In In-vitro-Experimenten stellte das Forschungsteam fest, dass das Hydrogel hochspezifisch für Beta-Lactamasen war, die von häufigen pathogenen Bakterien produziert werden. Wenn schädliche Bakterien, die dieses Enzym produzieren können, in der Testumgebung vorhanden waren, zersetzte sich das Hydrogel schnell und setzte das Antibiotikum frei; Wenn es nur harmlose Bakterien enthielt, die das Enzym nicht produzierten, blieb das Hydrogel intakt und eine langfristige Exposition führte nicht zu einer signifikanten Resistenzentwicklung. Die Forscher betonen, dass dieser „enzymsensitive“ Reaktionsmechanismus dazu beiträgt, dass Medikamente nur dann eingreifen, wenn sie wirklich nötig sind.
Untersuchungen zeigen auch, dass das Material eine hohe Stabilität beim Versiegeln von Arzneimitteln aufweist. Ohne einen Auslöser entweicht das Antibiotikum kaum aus dem Hydrogel, und der Wirkstoff wird erst dann konzentriert freigesetzt, wenn die Beta-Lactamase-Konzentration hoch genug ist, um die Struktur zu zerstören. Shukla sagte, dass diese Funktion nicht nur dazu beiträgt, den Zeitpunkt der Medikamentenverabreichung zu steuern, sondern auch die Notwendigkeit mehrerer Verbandswechsel verringern und so für mehr Komfort bei der klinischen Anwendung sorgen soll.
In Mäuseexperimenten trug das Forscherteam dieses intelligente Hydrogel auf Mäusewunden mit Abriebinfektionen auf und beseitigte die bakterielle Infektion mit nur einer Anwendung vollständig. Im Vergleich dazu ist ein derzeit klinisch weit verbreiteter antibakterieller Verband hinsichtlich der Entfernung von Bakterien und der Geschwindigkeit der Wundheilung nicht so gut wie das neue Material. Die Studienergebnisse zeigen, dass dieser neue Verband sowohl lokale Infektionen wirksamer kontrollieren als auch dazu beitragen kann, die Hautbarrierefunktion schneller wiederherzustellen.
In der wissenschaftlichen Gemeinschaft herrscht weit verbreitete Sorge, dass arzneimittelresistente Infektionen bis zur Mitte des Jahrhunderts zu fast 10 Millionen Todesfällen pro Jahr führen könnten, wenn keine Maßnahmen zur Reduzierung des Antibiotikamissbrauchs ergriffen werden. Studien gehen davon aus, dass jedes Jahr weltweit mehr als eine Million Menschen an antibiotikaresistenten Infektionen sterben. Vor diesem Hintergrund bietet das in dieser Studie vorgeschlagene intelligente Hydrogel „On-Demand-Response“ einen neuen technischen Weg zum Ausgleich therapeutischer Wirkungen sowie der Prävention und Kontrolle von Arzneimittelresistenzen.
Die Autoren des Papiers schrieben in der Zusammenfassung, dass dieses intelligente Hydrogel, das empfindlich auf bakterielle Enzyme reagiert, schnell Antibiotika freisetzen kann, wenn pathogene Bakterien, die Beta-Lactamase produzieren, entdeckt wird, wodurch eine „bedarfsgerechte Desinfektion“ von Infektionen erreicht wird und gleichzeitig die Exposition gesunder Mikroorganismen und Gewebe in nicht infektiösem Zustand gegenüber Antibiotika minimiert wird. Derzeit hat das Forschungsteam ein Patent für dieses Material angemeldet und arbeitet weiterhin an der Optimierung der Technologie und der Förderung ihrer Entwicklung hin zur zukünftigen klinischen Anwendung und Kommerzialisierung.
Dieses Forschungsergebnis mit dem Titel „Bakterielle enzymresponsive Hydrogele zur ausgelösten Abgabe von Antibiotika an infizierte Wunden“ wurde im März 2026 in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht. Die Forschung wurde von der Dr. Ralph and Marian Falk Medical Research Foundation finanziert.