Wundverschluss: Löten mit Licht und Nanotechnologie

Mit "iSoldering" haben das Particles Biology Interactions Labor der Eidgenössischen Materialforschungsanstalt (Empa) in St. Gallen und das Nanoparticle Systems Engineering Laboratory der ETH Zürich eine Methode entwickelt, die ohne chirurgisches Nahtmaterial oder synthetische Kleber auskommt. Nanopartikel und Licht sollen stattdessen einen sicheren Wundverschluss ermöglichen.

Im Gespräch mit MEDICA.de schildert Prof. Inge Herrmann die Vorteile und Einsatzbereiche dieser Technik, die auch für die minimalinvasive Chirurgie zum Einsatz kommen könnte.

Frau Prof. Hermann, wie funktioniert dieses Lötverfahren?

Prof. Inge Herrmann: Wir verwenden eine proteinreiche Lötpaste, die Gelatine sowie lichtabsorbierende und -emittierende Nanopartikel enthält und die auf der Wunde aufgetragen wird. Die Nanopartikel werden mit einem Laser bestrahlt, heizen sich auf und die darin enthaltenen Nanothermometer emittieren dann ein Signal, mit dem wir die Temperatur kontaktfrei messen können.

Das Erhitzen der Lötpaste durch den Laser auf etwa 60 Grad bewirkt, dass die Proteine ihre Form verändern, die Ketten öffnen sich und vermischen sich mit dem unterliegenden biologischen Gewebe. So entsteht ein Crosslinking mit dem Gewebe, das nur lokal und in geringem Maß erhitzt wird.

Was sind die Vorteile gegenüber anderen Verfahren, wie dem klassischen Nähen?

Herrmann: Das intelligente Löten, iSoldering, ist eine sehr sanfte Methode, weil wir mit dem Lötmaterial keine zusätzliche Verletzung des Gewebes verursachen, wie beim Nähen oder Heften durch Nähnadel oder durch Heftklammern. Beim Kleben von Wunden mit einem Cyanoacrylatkleber sind die Acrylate nicht sehr verträglich. Biologische Alternativen wie Fibrinkleber haften sehr schwach, das Kleben von nassem oder feuchtem Gewebe funktioniert generell schlecht. Da unsere Lötpaste überwiegend aus Proteinen besteht, haben wir weniger Biokompatibilitätsbedenken als bei synthetischen Klebern.

Was sind die bevorzugten Einsatzbereiche?

Herrmann: Das Verfahren ist nur für sehr weiches Gewebe geeignet, das nicht mit Nadel und Faden genäht werden kann, weil der Faden sonst das Gewebe durchschneidet. Das ist vor allem bei der Leber der Fall, auch beim Darm und bei ganz kleinen Nerven- oder Blutgefäßen. Da sehen wir die Hauptanwendungen. Die klassischen Anwendungen von Nadel und Faden werden wir aber nicht ersetzen.

Es gibt Grenzen beim Wundverschluss im mikroskopischen Bereich. Aber hier sind die Bedingungen beim Löten besser als bei der Arbeit mit einem Faden. Im Moment arbeiten wir daran, eine endoskopische und robotische Methode zu entwickeln, damit das Lötverfahren minimalinvasiv angewendet werden kann.

Welche praktischen Erfahrungen gibt es bereits, wann ist eine Umsetzung in der Praxis möglich?

Herrmann: Chirurginnen und Chirurgen der tschechischen Karls-Universität erzielten in Labortests mit verschiedenen Gewebeproben eine schnelle, stabile und bioverträgliche Verbindung von Wunden, beispielsweise am Darm, Muskel oder der Leber. Weitere Kooperationspartner sind Ärztinnen und Ärzte vom Universitätsspital Zürich und der Cleveland Clinic (USA), die uns im Labor beraten.

Das Nanopartikel-Kompositmaterial ist zum Patent angemeldet. Erfahrungsgemäß rechnen wir mit fünf bis zehn Jahren bis zur Anwendung in der Praxis. Das Verfahren muss zugelassen werden und es muss sichergestellt sein, dass keine Langzeiteffekte bestehen.

Verbleiben die Nanopartikel im Körper?

Herrmann: Das ist etwas, was auch die Zulassungsbehörden sehr interessieren wird. Dieser Proof of Absence, also dass nichts Schädliches passiert, ist schwierig zu erlangen. Wir setzen Alles daran zu verstehen: Was passiert mit diesen Partikeln? Werden sie abgebaut oder umverteilt? Wir sehen, dass sie nicht im Körper verteilt werden, und arbeiten an der Materialauswahl, damit Nanopartikel möglichst verträglich und sogar abbaubar sind.