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Wer eine Hautlappentransplantation benötigt, befindet sich in einer medizinischen Notlage: Das Verfahren kommt bei Brand- oder Unfallverletzungen zum Einsatz, aber auch nach Tumoroperationen. Für die betroffenen Patient:innen bedeutet die Verpflanzung eines großen Hautstücks eine zusätzliche Belastung. Damit die Chancen für eine erfolgreiche Transplantation steigen, muss der Heilungsprozess in den ersten 72 Stunden nach der Operation engmaschig überwacht werden – am Institut für Nano- und Biotechnologien (INB) der FH Aachen wird ein Verfahren entwickelt, das zukünftig bessere Heilungschancen und weniger Belastungen für die Betroffenen ermöglichen soll.

Madita Zach erklärt, wie das Verfahren funktionieren soll: “Der Sensor wird zwischen das bestehende Gewebe und das Transplantat eingesetzt” – er soll sozusagen unter der (neuen) Haut sitzen. Drei Tage lang misst er die Temperatur, die Sauerstoffversorgung und den elektrischen Widerstand, und zwar direkt an der betroffenen Stelle. “Die Herausforderung wird sein, verlässliche Messwerte zu erzielen und aus diesen die richtigen Schlüsse zu ziehen”, betont Prof. Schöning. Daraus sollen sich die nötigen Schritte ableiten lassen – etwa die Gabe von Medikamenten bei einer Entzündung. Im ungünstigsten Falle ist eine zweite Operation erforderlich, um eine fehlende Blutversorgung wiederherzustellen

Eine Eigenschaft des geplanten Sensors ist entscheidend: Er soll biodegradierbar sein, sich also im Körper zersetzen – das könnte über einen Zeitraum von sechs bis zwölf Monaten geschehen. Zum Einsatz kommt unter anderem Fibroin, das ist ein Protein, das von der Seidenspinnerraupe Bombyx mori produziert wird. Die Forschenden müssen die Zersetzung selbst so gestalten, dass durch sie keine Wechselwirkungen im Körper der Patient:innen auftreten. Eine Herausforderung ist, dass der Zersetzungsprozess unmittelbar nach der Operation einsetzt. “Um in den ersten 72 Stunden verlässliche Ergebnisse zu erzielen, überziehen wir den Sensor mit einer dünnen Wachsschicht”, erläutert Madita Zach.

Die Sensortechnologie wird derzeit in den Laboren des INB getestet. Die ersten Muster sind etwa so groß wie eine Briefmarke, und vorerst erfassen sie nur die Temperatur. Wie ein solcher Sensor von menschlichem Gewebe aufgenommen wird, erprobt das INB-Team mit Hilfe von sogenannten Hydrogelen. Das sind Kunststoffe, die große Mengen an Wasser aufnehmen können. Die Testsensoren werden zwischen zwei Hydrogelschichten gepackt, um die Bedingungen im menschlichen Körper zu simulieren. “Was wir hier machen, ist Grundlagenforschung”, erklärt Prof. Schöning, bis zu einem Einsatz bei Operationen würden noch Jahre vergehen. Wie groß das Potenzial ist, zeigt die Tatsache, dass das Forschungsprojekt “SensoFib - Sensoranordnung auf Basis des Seidenspinnerproteins Fibroin zur Unterstützung von Transplantationsprozessen” von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) unter dem Forschungskennzeichen 548199022 mit 490.000 Euro gefördert wird. Industriepartner in dem Vorhaben sind die beiden Aachener Firmen Fibrothelium und Meotec.

Madita Zach hat auf ihrem Weg zur Promotion mit ihren Forschungsergebnissen einen ersten großen Erfolg erzielt: Bei der internationalen Konferenz Engineering of Functional Interfaces (EnFI) in Hannover wurde sie mit einem von drei Best Poster Awards ausgezeichnet. Der Posterbeitrag trug den Titel “Silk fibroin–riboflavin substrates for transient magnesium temperature sensors (M. Zach, S. Achtsnicht, M. Welden, M. Rodrigues, B. Isella, A. Kopp, M. Keusgen, M. J. Schöning)”, insgesamt hatten sich 81 internationale Nachwuchsforscher:innen mit einem Beitrag am Wettbewerb beteiligt. Dabei spielte nicht nur die Qualität der wissenschaftlichen Arbeit eine Rolle, auch die Präsentation floss in die Bewertung ein. “Wir hatten jeweils drei Minuten für unseren Vortrag”, erzählt sie, im Anschluss gab es beim Posterrundgang die Gelegenheit, mit anderen Teilnehmenden in die Diskussion einzusteigen.