Mit Fangnetz und Lichtschalter gegen Superkeime
Ein neuartiges Hydrogel – also ein wasserbasiertes Gel – bekämpft nicht
nur Bakterien, sondern beruhigt Entzündungen und fördert so aktiv die
Wundheilung.
Das Material wirkt wie ein Netz, das Bakterien einfängt und sie ausgelöst
durch einen Lichtimpuls abtötet.
In Tierversuchen zeigte das Gel eine starke Wirkung gegen den
antibiotikaresistenten Keim MRSA und beschleunigte die Heilung von Wunden.
Bakterielle Infektionen verursachen weltweit rund 7,7 Millionen Todesfälle
pro Jahr, und die zunehmende Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika
verschärft das Problem weiter. Gerade Infektionen in Wunden sind aber
nicht nur zunehmend schwer behandelbar, sondern behindern gleichzeitig
auch die Heilung des umliegenden Gewebes. Dies, da sie eine fehlgeleitete
Entzündungsreaktion verursachen bei der das Immunsystem dauerhaft
aktiviert bleibt, gesundes Gewebe schädigt und die für die Heilung nötigen
Reparaturprozesse blockiert. Antibiotika können hier, selbst wenn sie
gegen die Keime wirksam sind, nicht viel ausrichten.
Wie die Proteinnetze unserer Immunzellen
Genau hier setzt ein neuer Ansatz an, den ETH-Professor Raffaele Mezzenga
und sein Team gemeinsam mit Forschenden der Shanghai University kürzlich
in der Fachzeitschrift externe SeiteNature Communications vorgestellt
haben.
Inspiriert ist er von den netzartigen Proteinstrukturen, die Immunzellen
freisetzen, um Krankheitserreger einzufangen und unschädlich zu machen.
Diese sogenannten Neutrophil Extracellular Traps, kurz NETs sind eine Art
natürlicher «Fangnetze», die verhindern, dass sich Infektionen im Körper
ausbreiten.
Versuche, solche Strukturen künstlich nachzuahmen, gab es bereits. Doch
die dabei verwendeten synthetischen Materialien erwiesen sich zum Teil als
zu wenig stabil, nicht genügend verträglich oder aber wenig wirksam gegen
resistente Keime.
Antibakterielles Enzym mit Infrarotlicht aktiviert
«Im Gegensatz zu vielen synthetischen Ansätzen setzen wir auf ein
natürliches, proteinbasiertes System,» erläutert Mezzenga. Ihr Gel wird
aus Hühnereiweiss gewonnen und besteht aus einem dichten Geflecht winziger
Proteinfasern aus in dieser Form noch inaktivem Lysozym – einem
antibakteriellen Enzym, das auch im menschlichen Körper vorkommt. Das Gel
wirkt in dieser Form wie ein physisches Netz, das sich über die Wunde legt
und darin enthaltene Bakterien festhält.
Der entscheidende Schritt für die Aktivierung des Enzyms erfolgt erst auf
Knopfdruck: Wird das Gel mit Nahinfrarot-Licht bestrahlt – einer
schonenden, wenig invasiven Methode –, erwärmt sich ein dafür gezielt
eingelagertes Farbmolekül. Durch die Wärme, die das Farbmolekül generiert,
löst sich wiederum ein Teil des Faser-Netzes vorübergehend auf und
einzelne Lysozym-Moleküle werden freigesetzt. In diesem Zustand sind sie
biologisch aktiv, wie man es nennt: Sie greifen gezielt die Zellwände der
Bakterien an und töten diese ab.
Heilung statt Dauerentzündung
Parallel dazu setzt das Gel bei Lichtaktivierung Magnesiumionen frei.
Diese wirken nicht antibakteriell, sondern beruhigen gezielt das
Immunsystem: Entzündungsfördernde Immunzellen werden in einen
regenerativen Zelltyp umprogrammiert. Statt Entzündungsreaktionen
aufrechtzuerhalten, unterstützen die Zellen nun aktiv die Gewebereparatur
– und fördern so die Heilung, anstatt sie zu behindern.
Sobald der Lichtimpuls endet, finden sich die Proteinfasern wieder zu
einem stabilen Netz zusammen. Das Gel wird erneut zu einem Gerüst, das den
Zellen Halt gibt und die Regeneration des Gewebes unterstützt.
Die Besonderheit des Hydrogels liegt also in der Reversibilität der
Fasern: Sie können sich öffnen und wieder zusammenfinden. «Unsere
Technologie kombiniert antibakterielle Wirkung, Entzündungshemmung und
Wundheilung. Insbesondere für diabetische Patient:innen mit chronischen
Wunden oder solche mit Antibiotikaresistenzen, könnte dies dereinst neue
Möglichkeiten eröffnen», sagt Qize Xuan von der Universität Shanghai,
Erstautor der Studie und ehemaliger Gastdoktorand in Mezzengas Labor.
Bakterienlast in Tierversuchen um 95 Prozent reduziert
Getestet wurde das Hydrogel bereits in präklinischen Studien an Mäusen und
Schweinen. Im Mausmodell reduzierte das Gel die Bakterienlast in einer mit
dem antibiotikaresistenten MRSA-Keim-infizierten Wunde um über 95 Prozent.
Die behandelte Wunde verschloss sich zudem nahezu vollständig innerhalb
von 15 Tagen, während unbehandelte Kontrollwunden deutlich verzögert
heilten. Auch im Schweinemodell zeigte sich eine beschleunigte Wundheilung
und eine deutlich geringere bakterielle Besiedlung. Zudem schuf das
Material ein günstiges Umfeld für die Neubildung von Knochen- und
Weichgewebe.
Das Gel, das direkt auf der Wunde aufgetragen wird, verbleibt während des
Heilungsprozesses auf der Wunde. Es zieht in das Gewebe ein und baut sich
schrittweise selbst ab, während sich das Gewebe regeneriert.
Bis das Gel dereinst die Patient:innen erreichen könnte, ist es aber noch
ein langer Weg. Als nächster Schritt sind klinische Studien nötig. «Dafür
suchen wir jetzt industrielle Partner», sagt Mezzenga. «Solche Studien
sind aufwendig, teuer und nur in enger Zusammenarbeit mit Kliniken
realisierbar.»
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Raffaele Mezzenga
Ordentlicher Professor am Departement Gesundheitswissenschaften und
Technologie
Originalpublikation:
Xuan Q, Li H, Gao Y, Qiao X, Feng Y, Yu X, Cai J, Jin T, Liu B, Peydayesh
M, Su J, Fischer P, Wang P, Chen C, Zhou J, Mezzenga R: Photo-reversible
amyloid nanoNETs for regenerative antimicrobial therapies. Nature
Communications, 10. Dezember 2025, DOI:
https://doi.org/10.1038/s41467
