Diese Arbeit bezieht 7 Studien aus den Jahren 2020–2025 ein, an denen Teams aus China, Südkorea, Rumänien sowie internationale Kooperationen beteiligt waren, und konzentriert sich auf In-vitro- und Tierstudien. Die ausgewählten Studien liefern keine Ergebnisse aus klinischen Humanversuchen; dieser Zeitraum bedeutet nicht, dass weltweit keine einschlägigen Humanstudien existieren.
01Welche Probleme müssen Hämostase bzw. Gewebeklebung jeweils lösen?
Häostatische Fasermembranen können durch Förderung der lokalen Gerinnung, Begrenzung des Blutverlusts oder Bildung einer abdichtenden Schicht zur Forschung beitragen; die Gewebeklebung erfordert darüber hinaus die Untersuchung der Verbindung zwischen Material und feuchtem Gewebe. Beide Ansätze können kombiniert, aber nicht gegeneinander ausgetauscht werden: Eine schnellere Gerinnung im In-vitro-Test bedeutet nicht zwangsläufig, dass auf der Gewebeoberfläche kein Blut austritt; eine hohe Klebefestigkeit sagt ebenfalls nicht voraus, dass das Material sicher in allen Körperregionen eingesetzt werden kann.1,2,4,7
| Forschungsrichtung | Aufgaben von Fasermaterialien | Zugehörige Bewertung |
|---|---|---|
| Entfernbares häostatisches Abdeckmaterial | Lokale Gerinnungsbedingungen schaffen und die Permeation begrenzen | Blutverlust, Gerinnung, Nachbluten nach Entfernung 1,2 |
| Verbleibender Klebepatch | Klebstoffkomponenten stützen und die Gewebeoberfläche abdichten | Nasshaftung, Gewebereaktion und Verbleib des Materials 4,7 |
| In-situ-Membranbildung | Fasern auf unregelmäßigen oder räumlich begrenzten Stellen abscheiden | Abscheidungsposition, Abdeckungsintegrität und lokale Reaktion 5,6 |
Die Entscheidung, ob das Endmaterial entfernt oder verbleiben soll, stellt eine wichtige Trennlinie in der Konstruktion dar. Im ersten Fall muss vermieden werden, dass bei der Entfernung Blutgerinnsel mitgerissen werden; im zweiten Fall müssen Abbau, Rückstände und Gewebereaktionen weiter untersucht werden. Dasselbe „feste Kleben“ kann in diesen beiden Szenarien unterschiedlichen Anforderungen entsprechen.2,4,7
02Von hydrophiler Absorption zu steuerbaren Blutkontaktgrenzflächen
Polymere wie Chitosan, PVA und PEO können mit mineralischen Partikeln oder modifizierten Komponenten zu Verbundfasern verarbeitet werden; PLA-Fasern können als Stützstruktur für Klebepatches dienen. Die Funktion kann aus dem Zusammenspiel von Polymerladung, Oberflächennässung, Füllstoffen und nasser Struktur resultieren; die häostatische Leistung lässt sich nicht allein durch Faserdurchmesser oder Materialbezeichnung erklären.1,2,3,4
In den Studien bestehen unterschiedliche gestalterische Ausrichtungen: Hydrophile Fasern absorbieren einen Teil der Flüssigkeit und treten mit Blutkomponenten in Kontakt; entsprechend hydrophobierte Fasern begrenzen das Eindringen von Blut in das Material; bei Flüssigkeitskontakt miteinander verbundene Fasern bilden ein dichteres Abdichtungsnetzwerk. Diese Ansätze stehen nicht im Widerspruch zueinander, sondern beantworten unterschiedliche Fragen des Flüssigkeitsmanagements und der Anwendung.1,2,7
03Chitosan-Kompositfasern: Von Gerinnungsversuchen bis zur hämostatischen Anwendung bei Tieren
Chitosan, PEO und Kaolin
Liu et al. führten im Jahr 2022 Kaolin in Chitosan-/PEO-Elektrospinnmembranen ein, verglichen die mechanischen Eigenschaften, die Kompatibilität und die Gerinnungsleistung in vitro und führten Beobachtungen an Modellen mit Leberverletzungen und Rückenwunden bei Ratten durch. Einige Zusammensetzungen zeigten in dieser Studie hämostatische und reparationsbezogene Effekte, was darauf hindeutet, dass mineralische Partikel über das Fasernetzwerk an der lokalen Funktionsgestaltung beteiligt sein können.1
Hydrophobe Modifikation und eine leicht abnehmbare Grenzfläche
Liu et al. untersuchten im Jahr 2024 weiter Chitosan-/PEO-Membranen, denen alkyliertes Chitosan (N-) zugesetzt wurde. Anhand von Vollblutgerinnung, Gerinnungsprozessen und einer Leberverletzungsstudie bei Ratten schlugen die Autoren vor, das Eindringen von Blut in den Verband zu begrenzen und gleichzeitig an der Wundoberfläche ein Gerinnsel zu bilden. Sie beobachteten zudem, dass die Entfernung des Materials die lokale Gerinnung weniger störte. Dies stellt eine tierexperimentelle Untersuchung dar, die sowohl Hämostase als auch leichte Abnehmbarkeit berücksichtigt.2
Veränderungen natürlicher Rohstoffe erfordern ebenfalls eine erneute Validierung
Koreanische Forscher um Lee kombinierten im Jahr 2024 chitosanbasierte Materialien aus Insekten mit PVA und Kaolin, um die Rohstoffeigenschaften, die Filmbildung, die Zellkompatibilität sowie die Gerinnung von isoliertem Blut zu untersuchen. Die Arbeit behandelte zudem das mehrstufige Spinnen und die kontinuierliche Sammlung auf einem Trägermaterial und zeigte einen Ansatz zur Verbindung von Rezeptur und Herstellungsanlage. Die Belege für die Hämostase stammen aus Gerinnungsversuchen in vitro und dürfen nicht so interpretiert werden, dass bereits In-vivo-Traumaverifikationen oder klinische Wirksamkeitsprüfungen am Menschen abgeschlossen wurden.3
04Wie teilen sich das Fasergestell und die medizinischen Klebstoffkomponenten die Aufgaben?
Rumänische Forscher um Tosa stellten im Jahr 2024 zunächst mittels Elektrospinnen eine nichtgewebte PLA-Fasermembran her und formten daraus anschließend mit einer Cyanacrylat-Gewebeadhäsionskomponente einen Pflaster. Neben der Analyse der Fasern und des Lagerungszustands führten die Autoren auch Haftungsuntersuchungen an Rattenlebergewebe durch und testeten das Material in einem Modell zur Blutung nach Leberresektion.4
Diese Studie zeigt, dass das Elektrospinnen die Aufgabe übernehmen kann, „Klebefunktionen in eine leicht zu überdeckende flächige Struktur umzuwandeln“. Beachtung verdienen nicht nur die Haftfähigkeit, sondern auch die Verteilung der Klebstoffkomponente innerhalb der Fasern, mögliche vorzeitige Veränderungen während der Lagerung und die Fähigkeit des Patches, sich an das Gewebe anzupassen. Da die Fasern im Text im Mikrometerbereich liegen, ist „je feiner, desto besser“ nicht zwangsläufig die Designvorgabe für alle Klebepatches.4
Bei solchen Materialien müssen das Fasergestell, die Klebstoffkomponente und die Verpackung weiterhin als Gesamtsystem untersucht werden. Die tierexperimentellen Beobachtungen und die In-vitro-Haftversuche in der Arbeit können helfen, nachfolgende Fragestellungen zu definieren, ersetzen jedoch keine Bewertung der Anwendung am Menschen und bedeuten nicht, dass dieser Ansatz für jedes Gewebe oder jede beliebige Cyanoacrylat-Formulierung geeignet ist.4
05In-situ-Elektrospinnen: Wie lässt sich die Abdeckung unregelmäßiger Oberflächen untersuchen?
Gezielte Abscheidung unter laparoskopischer Sicht
Zhang et al. kombinierten im Jahr 2020 Elektrospinnen mit einer laparoskopischen Vorrichtung, um durch Anpassung des elektrischen Felds und der Düsenstruktur den Abscheidungsbereich zu steuern. In einem minimalinvasiven Schweinemodell untersuchten sie die Hämostase auf der Leberoberfläche. Die Studie verknüpfte die Position der Membranbildung, die Membrandicke und die lokale Gewebereaktion und zeigte die experimentelle Machbarkeit einer In-situ-Abdeckung in begrenzten Räumen.5
Kombination von Hämostase und lokaler antibakterieller Funktion
Liu et al. berichteten im Jahr 2020 über tragbare In-situ-Elektrospinnfasern aus CuS-Kompositmaterialien, die in Verbindung mit Nahinfrarot-Bedingungen auf antibakterielle Eigenschaften untersucht und in entsprechenden Rattenmodellen hinsichtlich Hämostase sowie Reparatur infizierter Wunden beobachtet wurden. Ein Schwerpunkt der Studie lag darauf, wie sich die In-situ gebildete Membran an raue Oberflächen anpasst; ein weiterer darauf, wie funktionale Komponenten und externe Anregungen synergistisch wirken.6
Die genannten In-situ-Studien sind tierexperimentelle Untersuchungen unter Verwendung spezieller Anlagen und Materialsysteme. Sie bedeuten nicht, dass konventionelle elektrostatische Spinnanlagen ohne Weiteres am Menschen eingesetzt werden können. Für die Entwicklung solcher Anlagen müssen Kontrollierbarkeit der Abscheidung, Gewebekontakt sowie elektrische und chemische Kompatibilität gemeinsam ausgelegt werden; diese Aspekte gehören zur Validierung der kompletten Anlage und der Materialien nach Festlegung des Anwendungszwecks.5,6
06Blutkontaktinduzierte Selbstabdichtung: Membraninneres und Randbereich arbeiten gleichzeitig
Fang et al. konstruierten im Jahr 2025 mittels doppelkoaxialem Elektrospinnen Kern-Schale-Fasern mit entgegengesetzten Ladungen. Nach Kontakt mit Flüssigkeit bildeten die Fasern untereinander Verbindungen, wodurch sich das ursprünglich poröse Material in eine dichtere Struktur umwandelte und an der Grenzfläche zum Gewebe haftete. Die Studie untersuchte die Hämostase in Modellen mit Leber- und Femoralarterienverletzungen bei Ratten und Schweinen und bewertete die entsprechenden Materialien sowie deren biologisches Verhalten.7
Die Erkenntnis dieser Arbeit besteht darin, zwei Leckagewege gleichzeitig zu behandeln: Blut, das durch die Membran selbst dringt, und Blut, das an der Verbindungsstelle zwischen Material und Gewebe austritt. Der Ansatz vereint die Verbindung zwischen den Fasern und die Haftung am Gewebe in einem einzigen Konzept. Die Ergebnisse stammen jedoch weiterhin aus Tierstudien, und die Leistung hängt von den Umgebungsbedingungen ab; sie lassen sich nicht von einem einzelnen Modell auf alle Blutungslokalisationen verallgemeinern.7
07Vom Aufbau der Literatur zu reproduzierbaren Proben hämostatischer Membranen
Zuerst Abdeckung, Haftung und Abnahmemethode definieren
Vor der Abstimmung mit der Anlage kann zunächst festgelegt werden, ob es sich bei der Zielprobe um eine vorgefertigte Membran, einen Kompositpatch oder eine In-situ-gebildete Membran handelt und ob ein Trägermaterial, eine Kern-Schale-Struktur oder mehrkomponentige Fasern erforderlich sind. Membranfläche, Flächengewicht, Dicke und Integrität im befeuchteten Zustand sollten als messbare Ziele festgelegt werden, bevor über Flüssigkeitszufuhr, Sammlung und Umgebungssteuerung diskutiert wird.
Die Homogenität der Kompositkomponenten ist wichtiger als die Bildung einer einzigen Membran
Bei Zugabe von Kaolin, CuS oder anderen Partikeln müssen Dispersionszustand, stabile Flüssigkeitszufuhr und die Zusammensetzung an verschiedenen Stellen der Membran überprüft werden. Bei mehrstufigen koaxialen oder geschichteten Strukturen muss zudem sichergestellt werden, dass jede Komponente die vorgesehenen Positionen erreicht. Bei Klebepatches gehören auch nachfolgende Belastung und Lagerung zur Herstellung; es darf nicht nur die Elektrospinnphase dokumentiert werden.1,3,4,6,7
Den tatsächlichen Anwendungszustand in die Bewertung einbeziehen
Größenveränderungen nach Flüssigkeitskontakt, Festigkeit im befeuchteten Zustand, Haftung oder Ablösung, Rückstände sowie Materialintegrität können in den Vergleich der Proben einbezogen werden. Blutverträglichkeit, Biokompatibilität, Lösungsmittelrückstände, Sterilisation und Lagerungseinflüsse müssen jeweils bezogen auf den konkreten Anwendungszweck überprüft werden; ein positives Ergebnis eines einzelnen Gerinnungstests belegt lediglich die Wirkung unter den Bedingungen dieses Tests.
Bei der Hochskalierung der Herstellung wird empfohlen, Chargen der Rohstoffe, den Zustand der Lösung, Umgebungsbedingungen, Flüssigkeitszufuhr, Abnahmegeschwindigkeit und Nachbehandlung mit den Probenresultaten in Beziehung zu setzen. Neben der mittleren Dicke sollten auch Unterschiede zwischen Rand- und Mittelbereich sowie zwischen Anfangs- und Endabschnitten beobachtet werden, um sicherzustellen, dass die Funktionsschicht über die gesamte wirksame Fläche konsistent bleibt.
Auch die Lagerung der Proben sollte frühzeitig festgelegt werden. Bei Fasern, die leicht Feuchtigkeit aufnehmen oder bei Kontakt mit Wasser Eigenschaften verändern, kann der Zustand vor und nach der Verpackung den tatsächlichen Vergleich beeinflussen. Bei Membranen mit aufgetragenen Klebstoffkomponenten müssen zudem die Lagerzeit und die Haftleistung zum Zeitpunkt der Probenahme gemeinsam dokumentiert werden.4,7
08Häufige Probleme in der Entwicklung hämostatischer und medizinischer Klebstoffmaterialien
Müssen elektrostatisch gesponnene hämostatische Membranen zwingend mit einem Klebstoff versehen werden?
Nicht unbedingt. In der Literatur finden sich sowohl Chitosan-Kompositfasern als auch mit Klebstoffen versehene oder durch Flüssigkeitskontakt selbstabdichtende Strukturen. Zunächst sollte festgelegt werden, ob die Gerinnung gefördert, das Eindringen begrenzt oder Gewebe fixiert werden soll; anschließend kann die entsprechende Herangehensweise gewählt werden.1,2,4,7
Reicht eine beschleunigte Gerinnung in vitro aus, um die tatsächliche Hämostasefähigkeit zu belegen?
Nein. Zusätzlich müssen der Anwendungsort und die Blutfließumgebung berücksichtigt werden, indem die Abdeckung, der Blutverlust sowie das Verhalten nach Entfernung oder Verbleib des Materials beobachtet werden. In-vitro-Experimente und Tiermodelle eignen sich, um unterschiedliche Fragestellungen schrittweise zu prüfen; sie dürfen nicht zu einer Schlussfolgerung über die Wirksamkeit am Menschen zusammengefasst werden.1,2,3,4,5,7
Mit welcher Art von Probe sollte die Materialentwicklung beginnen?
Es kann mit kleinen Membranen oder Kompositschichten begonnen werden, deren Funktion klar definiert und deren Struktur nachvollziehbar ist. Zunächst sollten Vergleiche im trockenen und befeuchteten Zustand erstellt werden, bevor Kern-Schale-Strukturen, Mehrkomponentensysteme und kontinuierliche Sammlung diskutiert werden. Die Komplexität der Forschung sollte sich an den praktischen Fragestellungen orientieren.
Literaturverzeichnis
Im Folgenden werden die in dieser Arbeit ausgewählten Originalstudien aufgeführt. Die Interpretation der Literatur bedeutet nicht, dass zwischen den Autoren der Studien, den Forschungseinrichtungen und TONGLI eine Beziehung bezüglich des Kaufs von Geräten besteht. Die genannten Ergebnisse gelten ausschließlich für die in den Originalpublikationen beschriebenen Materialien, Modelle und Versuchsbedingungen.
Bibliografische Angaben bleiben für eine eindeutige Suche in der Originalsprache erhalten.
Liu T, et al. Electrospun kaolin-loaded chitosan/PEO nanofibers for rapid hemostasis and accelerated wound healing. International Journal of Biological Macromolecules. 2022;217:998–1011.
DOI：10.1016/j.ijbiomac.2022.07.186 ↗Lesereichweite: Originalzusammenfassung und Bibliografie von PubMed
Liu T, et al. Electrospun nanofiber membranes for rapid liver hemostasis via N-alkylated chitosan doped chitosan/PEO. International Journal of Biological Macromolecules. 2024;258:128948.
DOI：10.1016/j.ijbiomac.2023.128948 ↗Lesereichweite: Originalzusammenfassung der Verlagsausgabe, Methodenabstrakt und Schlussfolgerungen
Lee H, et al. Extraction of γ-chitosan from insects and fabrication of PVA/γ-chitosan/kaolin nanofiber wound dressings with hemostatic properties. Discover Nano. 2024;19:77.
DOI：10.1186/s11671-024-04016-6 ↗Lesereichweite: Relevante Methoden und Ergebnisse aus dem Volltext der Verlagsausgabe
Tosa VP, et al. Electrospun Polymeric Fiber Systems Inoculated with Cyanoacrylate Tissue Adhesive: A Novel Hemostatic Alternative during Open Surgery. Materials. 2024;17:4318.
DOI：10.3390/ma17174318 ↗Lesumfang: PMC sowie die relevanten Methoden, Ergebnisse und Zusammenfassungen aus dem veröffentlichten Text des Verlags
Zhang J, et al. Laparoscopic electrospinning for in situ hemostasis in minimally invasive operation. Chemical Engineering Journal. 2020;395:125089.
DOI：10.1016/j.cej.2020.125089 ↗Lesumfang: Lektüre des vollständigen Originalartikels zur Überprüfung der relevanten Methoden und Ergebnisse sowie Überprüfung der veröffentlichten Bibliografie
Liu XF, et al. Bifunctional CuS composite nanofibers via in situ electrospinning for outdoor rapid hemostasis and simultaneous ablating superbug. Chemical Engineering Journal. 2020;401:126096.
DOI：10.1016/j.cej.2020.126096 ↗Lesumfang: Lektüre des vollständigen Originalartikels zur Überprüfung der relevanten Methoden und Ergebnisse sowie Überprüfung der veröffentlichten Bibliografie
Fang Y, et al. Blood-triggered self-sealing and tissue adhesive hemostatic nanofabric. Nature Communications. 2025;16:4910.
DOI：10.1038/s41467-025-60244-z ↗Lesumfang: PMC sowie die relevanten Methoden, Ergebnisse und Zusammenfassungen aus dem veröffentlichten Text des Verlags
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