Schweizer löten Wunden mit Licht und Nano-Thermometer

Irgendwann vor mehr als 5.000 Jahren kam der Mensch auf die Idee, Wunden zu vernähen. Seitdem hat sich an diesem chirurgischen Prinzip nicht viel geändert: Abhängig vom Fingerspitzengefühl der operierenden Person und der Ausrüstung lassen sich Schnitte oder Risse im Gewebe mehr oder weniger perfekt aneinanderfügen. Doch bei sehr weichen Geweben kann der Faden durch das Gewebe schneiden und zusätzliche Verletzungen verursachen. Und insuffiziente Wundverschlüsse an inneren Organen können zum lebensbedrohlichen Problem werden.

Forschende der Eidgenössisches Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa um Oscar Cipolato und Inge Herrmann in der Schweiz haben darum ein Lötverfahren mithilfe von Laser und Nanopartikeln entwickelt, bei dem Gewebe sanft verschmolzen wird. Sie entwickelten dazu ein Verbindungsmittel mit Metall- und Keramik-Nanopartikeln und setzten ein Nanothermometrie-Verfahren zur Temperaturkontrolle ein.

Die „Eleganz des neuen Lötverfahrens“ beruhe dabei auch auf dem Zusammenspiel der zwei Nanopartikel-Arten in der verbindenden Eiweiß-Gelatine-Paste, schreiben die Wissenschaftler. Während die Paste mittels Laser bestrahlt wird, wandeln Titannitrid-Nanopartikel das Licht in Wärme um.

Die eigens synthetisierten Bismutvanadat-Partikel in der Paste wirken hingegen als winzige fluoreszierende Nanothermometer: Sie strahlen temperaturabhängig Licht spezifischer Wellenlänge ab und erlauben so eine äußerst präzise Temperaturregulierung in Echtzeit. Damit ist die Methode besonders geeignet für die Anwendung in der minimal invasiven Chirurgie, da sie ohne Berührung auskommt und Temperaturdifferenzen mit feinster räumlicher Auflösung in oberflächlichen und tiefen Wunden ermittelt.

Bei der Untersuchung der Leistungsfähigkeit des Kompositmaterials erzielte das Team mit Chirurgen und Chirurginnen des Universitätsspitals Zürich, der Cleveland Clinic (USA) und der tschechischen Karls-Universität in Labortests mit verschiedenen Gewebeproben eine schnelle, stabile und bioverträgliche Verbindung von Wunden beispielsweise an Organen wie der Bauchspeicheldrüse oder der Leber. Ebenso erfolgreich und schonend verlief das Versiegeln von besonders anspruchsvollen Gewebestücken etwa der Harnröhre, des Eileiters oder des Darms. Mittlerweile ist das Nanopartikel-Kompositmaterial zum Patent angemeldet.

Außerdem konnten die Forschenden die Laser-Lichtquelle durch schonenderes Infrarotlicht ersetzen. Dies bringt die Löttechnologie einen weiteren Schritt näher zur Anwendung. Denn wenn mit bereits medizinisch zugelassenen Infrarotlampen gearbeitet wird, lässt sich die innovative Löttechnik ohne zusätzliche Laser-Schutzmaßnahmen in herkömmlichen Operationssälen verwenden, sind sich die Wissenschaftler sicher.