Wundheilung: Fraunhofer-Institute entwickeln bioresorbierbare Membran RENACER

Großflächige und innere Wunden zu behandeln und ihre oftmals langwierige Heilung zu fördern, ist nach wie vor eine herausfordernde Aufgabe für die Medizin. Forschenden des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC) und des Fraunhofer-Instituts für Toxikologie und Experimentelle Medizin (ITEM) haben die bioresorbierbare Membran RENACER® entwickelt.

Im Interview mit MEDICA.de erklärt Dr. Bastian Christ, wie RENACER® entwickelt wurde, was mit der Membran möglich ist und wie sie weiterentwickelt werden könnte.

Dr. Christ, was ist RENACER®?

Dr. Bastian Christ: RENACER® wurde vom Fraunhofer ISC entwickelt. Die Membran besteht aus amorphem, das heißt nicht-kristallinem, Kieselgel, das sich in Kontakt zu physiologischen Lösungen vollständig in ein bioaktives Molekül, Monokieselsäure, auflöst. Auf Basis dieser Materialplattform konnten wir ein Faservlies herstellen, das in der Wundheilung eingesetzt werden kann.

Was macht RENACER® so besonders?

Christ: Das Material löst sich in Monokieselsäure auf und das fast pH-neutral. Monokieselsäure ist in der Natur allgegenwärtig und ist nativ im Körper – im Gewebe, in Körperflüssigkeiten – nachweisbar. Im menschlichen Organismus können dieser Säure sogar bioaktive Eigenschaften zugeschrieben werden. Sie ist zum Beispiel am Aufbau des Bindegewebes beteiligt. Über solche Eigenschaften verfügen bislang erhältliche Produkte nicht.
Viele biodegradierbaren Materialien lösen sich zu organischen Säuren wie Milchsäure oder Glykolsäure auf. Dadurch können lokale Übersäuerungen im Gewebe entstehen, die entzündliche Reaktionen des Immunsystems auslösen. Die Tests an unserem RENACER® haben in Zellkultur nochmals bestätigt, dass auch das Auflösungsprodukt, die Monokieselsäure, komplett zellverträglich und weder toxisch noch gentoxisch ist. Das Material kann also in den Körper eingebracht werden. Dieser Nachweis wurde am Fraunhofer ITEM in Zellkultur durchgeführt.

Gibt es noch weitere Vorteile?

Christ: Das Material legt ein besonderes Abbauverhalten an den Tag. Bei RENACER® bewahrt das Faservlies seine Form über einen sehr langen Zeitraum der Biodegradation. Dementsprechend bleibt die während des Spinnvorgangs eingestellte Maschenweite im Vlies über einen langen Zeitraum intakt. Viele andere Vliesstoffe ziehen sich dagegen in Kontakt zu physiologischer Lösung und Zellen zusammen.

Welches der beiden Fraunhofer-Institute konnte was beitragen?

Christ: Das Fraunhofer ISC hat viel Erfahrung bei der Entwicklung von bioresorbierbaren Materialien und bei der Verfahrenstechnik. In Gesprächen mit Ärztinnen und Ärzten und den Kolleginnen und Kollegen vom Fraunhofer ITEM kam dann die Idee zur Entwicklung einer bioresorbierbaren Membran, die hilft, postoperative Verwachsungen zu vermeiden.

Das Fraunhofer ITEM hat dabei untersucht, wie sich das Material auf die Körperzellen auswirkt und ob die Barrierewirkung gegen die unerwünschte Narbenbildung ausreicht, ohne dass zum Beispiel die physiologische Versorgung der Wundränder und der Stoffwechsel dabei gestört werden. Das Fraunhofer ISC hat die Materialformulierung und die Herstellungsverfahren für die Fasermembran entwickelt.

Christ: Eine Wundeinlage auf der Basis von Kieselgelfasern hat bereits eine Zulassung als Medizinprodukt. Hier konnte gezeigt werden, dass unser Fasersystem und das Abbauprodukt Monokieselsäure einen positiven Effekt auf die Wundheilung haben.

Diese Effekte wollten wir nun mit RENACER® noch verbessern und haben den molekularen Aufbau weiterentwickelt. Parallel zur molekularen Struktur haben wir unsere Technologien zum Verspinnen derartiger Fasern ausgebaut. Neben dem bereits etablierten Druckspinnverfahren, aus dem Fasern mit einem Durchmesser von rund 50 µm entstehen, können wir nun durch das Elektrospinnen auch Fasern mit Durchmessern von kleiner als 1 µm verspinnen. Dadurch können die „Maschenweiten“ der daraus herstellbaren Faservliese stark verkleinert werden.

Neue Anwendungsgebiete eröffnen sich. So lässt sich verhindern, dass die Bindegewebszellen hindurchwachsen, ohne dass die Nährstoffversorgung der Zellen gestört wird. Je nachdem, wie der Faserdurchmesser und die Dichte des Vlieses eingestellt werden, kann eine Wachstumsbarriere gegen unerwünschte Verwachsungen und Narbenbildung erzeugt werden; oder aber bei genügend großen Maschen eine regenerative Wundeinlage, die die natürliche Gewebebildung unterstützt.

Wo lag die Herausforderung bei dem Projekt?

Christ: Darin, alle wichtigen Eigenschaften in einem finalen Demonstrator zu integrieren. Das heißt, die RENACER®-Membran durfte keine Toxizität aufweisen, sollte sich vollständig unter physiologischen Bedingungen auflösen und als Membran intrinsisch stabil sein. Diese Feinabstimmungen mussten in iterativen Schritten über die Projektlaufzeit sukzessive angepasst werden.

Wie geht es jetzt mit RENACER® weiter?

Christ: Für die weitere Testung und Zulassung sind noch viele Schritte nötig. Dafür brauchen wir weitere Partner aus der Medizinprodukteherstellung und aus der Klinik. Aber wir haben die ersten Schritte – den Proof-of-Concept und die toxikologischen Tests – in dem Fraunhofer-Eigenforschungsprojekt machen können und wissen, dass wir auf dem richtigen Weg sind.

Auch an weiteren interessanten Anwendungen arbeiten wir. So können wir zusätzlich Wirkstoffe in das Vlies integrieren. Würde es zum Beispiel gelingen, Chemotherapeutika gegen bestimmte Arten von Hirntumoren in die RENACER®-Faser zu integrieren, könnte man so vielleicht das Problem der Blut-Hirn-Schranke umgehen. Die Blut-Hirn-Schranke schützt das Gehirn vor Fremdstoffen. Das ist unbedingt notwendig, im Falle einer medikamentenbasierten Therapie von Hirntumoren aber ein großes Hindernis. Mit wirkstoffbeladenen RENACER®-Membranen, die bei einer Tumoroperation in die verbleibende Wundhöhle appliziert werden, könnten die Wirkstoffe direkt in das angrenzende Gewebe abgegeben werden und bereits abgesiedelte Tumorzellen bekämpfen. Seit November 2022 arbeiten wir dafür mit der Neurochirurgie der Würzburger Universitätsklinik im Projekt GlioGel zusammen.