Ein hochwirksamer chirurgischer Verband für Patienten mit Hautkrebs könnte den Heilungsprozess nach der Operation beschleunigen. Der von Forschern in Großbritannien und China entwickelte Verband nutzt auch photothermische Effekte, um das erneute Auftreten von Tumoren zu verhindern.
Die Photothermische Therapie (PTT) hat sich als vielversprechende Technik zur Behandlung von Hautkrebs herausgestellt. Dabei werden Tumoren leitfähige Nanomaterialien injiziert, die Licht in Wärme umwandeln, und sie dann mit bestimmten Wellenlängen beleuchtet, um Krebszellen abzutöten. Bei großen Tumoren muss diese Behandlung in Kombination mit einer Operation durchgeführt werden, wodurch Wunden zurückbleiben, die mit chirurgischen Verbänden behandelt werden müssen, um Infektionen vorzubeugen.
Kürzlich wurden fortschrittlichere Behandlungsmethoden vorgeschlagen, bei denen PTT direkt in die chirurgischen Verbände integriert wird. Die Hoffnung besteht darin, dass diese Materialien die Heilung der Haut fördern und gleichzeitig das erneute Auftreten von Tumoren nach der Behandlung verhindern könnten. Die theoretischen Designs für diese Verbände basieren auf dem photothermischen Material Reduziertes Graphenoxid (rGO). Dieses Material kann synthetisiert werden, indem sauerstoffhaltige Gruppen an einschichtige Graphenschichten gebunden werden und diese dann einem Prozess unterzogen werden, der ihren Sauerstoffgehalt reduziert.
Derzeit steht diese Technik vor einem großen Hindernis: rGO ist für lebende Zellen giftig und kann daher nicht direkt in chirurgischen Verbänden verwendet werden. Vor dem Reduktionsprozess kann Graphenoxid durch die Kombination mit Biomolekülen wie Peptiden und Proteinen biokompatibel gemacht werden. Um jedoch seine photothermische Reaktion zu verstärken, muss das Material anschließend einen harten Reduktionsprozess durchlaufen: Dieser wird in einem geschlossenen Reaktor bei Temperaturen über 180 °C in einer Umgebung aus reinem Ethanol durchgeführt. Während das Graphenoxid des Materials reduziert wird, werden dadurch auch die empfindlicheren biomolekularen Strukturen zerstört, die daran haften.
Das Team, angeführt von Yuanhao Wu an der Universität Nottingham hat nun eine neue Technik entwickelt, die es ermöglicht, den Reduktionsprozess bei niedrigeren Temperaturen durchzuführen. Dabei handelt es sich um eine Ansammlung von Graphenoxidflocken, die in einem Proteinbiopolymer namens „Elastin-like Recombinamer“ (ELR) eingeschlossen sind, das für seine Fähigkeit bekannt ist, die Hautreparatur und die Wundheilung zu fördern. Durch die Kontrolle der molekularen Wechselwirkungen zwischen diesen Strukturen erzeugte das Team einen mehrschichtigen Graphenoxidkern, der von einer ELR-Hülle umgeben ist.
Anschließend setzten die Forscher diese Struktur einem Desinfektionsmittel mit 70 % Ethanol aus. Normalerweise dringt diese Flüssigkeit direkt durch Bakterien und die Proteinhüllen von Viren. In diesem Fall passierte es direkt die ELR-Hülle und interagierte mit dem reinen Graphenoxid im Inneren. Dies ermöglichte es dem Team, den Reduktionsprozess bei weitaus niedrigeren Temperaturen von 85 °C auszulösen, während die Struktur des ELR intakt blieb.
Insgesamt kombinierte die endgültige Struktur die hohe PTT-Effizienz von rGO mit der Fähigkeit, die Geweberegeneration zu fördern. Als zusätzlicher Bonus wurde das Material durch die Behandlung mit Ethanol sterilisiert.
Eine dreistufige photothermische Therapie beseitigt Tumore bei Mäusen
Die Forscher validierten ihren Ansatz mit in vivo Experimente an Mäusen zeigten, dass die Verbände das Wiederauftreten von Tumoren verhindern und die Wundheilung nach einer Tumorresektion fördern können. Um wirksam zu sein, musste das Material nur alle 15 Stunden 48 Sekunden lang nahinfrarotem Licht ausgesetzt werden.
Wus Team hofft, dass die einzigartigen Verbände zu praktischen postoperativen Behandlungen führen könnten, die Patienten mit Hautkrebs zu Hause durchführen könnten: Sie sollen einerseits die Heilung ihrer Operationswunden beschleunigen und andererseits verhindern, dass Tumore erneut auftreten, wenn sich ihre Haut regeneriert.
Die Studie ist beschrieben in Fortgeschrittene Funktionsmaterialien.
