Funktionalisierte Cellulose zur verbesserten Wundversorgung

Dr. rer. nat. med. habil. Eva Gottfried

25.07.2026

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Das einfache, natürliche Strukturmolekül aus Pflanzen bietet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten. Neben Holz und Baumwolle wird zunehmend bakterielle Cellulose aus dem Biofermenter eingesetzt. Modifikationen und Funktionalisierung könnten helfen, den enormen Materialbedarf im Gesundheitsbereich zu decken.

Das steigende Interesse an biobasierten Materialien hat auch Cellulose wieder in den Blick gebracht. Als Hauptbestandteile der Zellwände der meisten Pflanzen ist Cellulose das in der Natur am häufigsten vorkommende Biopolymer. Wie Stärke und Glykogen besteht Cellulose aus Glucose-Monomeren, die allerdings durch ß-1,4-Bindungen verknüpft sind. Im Rahmen der Polymerisation werden Mikrofibrillen gebildet, die sich je nach intra- und intermolekularen Bindungen zu vier verschiedenen Collagen-Typen zusammenlagern. Wiederkäuer und Termiten können Cellulose dank symbiotischer Mikroorganismen im Darm aufschließen und zur Ernährung nutzen; Schnecken, Krebse und Fadenwürmer sezernieren hierzu abbauende Cellulasen. Höhere Tiere und der Mensch nutzen Cellulose lediglich als unverdauliche Ballaststoffquelle [1]. 

Klassisch wird aus Cellulose Zellstoff hergestellt, der zu Papier, Taschentüchern, Verpackungsmaterial wie Karton oder auch Viskosefasern für Kleidung verarbeitet wird. Aufgrund von Biokompatibilität, Strukturstabilität, Hydrophilie und Wasserbindungsfähigkeit, wird sie schon lange von der Industrie als Füll-, Bindemittel- oder Trägermaterial eingesetzt. Eine ganze Reihe von Entwicklungen für Maschinenbau und Gesundheitswesen haben den Markt und die Kosten wachsen lassen. Bis zum Jahr 2026 wird der weltweite Cellulosemarkt auf etwa 305,08 Milliarden US-Dollar geschätzt, wobei die Region Asien-Pazifik in den vergangenen Jahren den höchsten Umsatz verzeichnete [1].

Pflanzliche und bakterielle Cellulose für neue Anwendungen

Laub- und Nadelhölzer sowie Bambus dienten lange Zeit als wichtigste Cellulosequellen, daneben Baumwolle, Flachs und Hanf. Auch Abfallströme aus Landwirtschaft, Industrie und Haushalt, sogenannter agro-, industrial und domestic waste, geraten im Zuge der Kreislaufwirtschaft in den Blick. Weil Cellulose aus verholzenden Pflanzen aber mit Lignin verunreinigt ist, wird für die Gewinnung reiner Cellulose zunehmend auf Biofermenter gesetzt. Mithilfe von Agrobacterium, Gluconacetobacter und Sarcina wird so durch Fermentation bakterielle Cellulose (BC) gewonnen. In entsprechender Nährlösung synthetisieren die Bakterien ein dreidimensionales Netzwerk aus nanostrukturierten Cellulosefasern [1, 2]. Damit erfolgt die Celluloseproduktion inzwischen auf zwei Wegen, einem Top-down-Ansatz aus pflanzlicher Cellulose und Reststoffen sowie einem Bottom-up-Ansatz zur Gewinnung von bakterieller Cellulose (BC) aus dem Biofermenter [2].

Unabhängig von der Quelle zeigen alle Celluloseformen eine hohe Wasserdampfdurchlässigkeit (WVTR, Water Vapour Transmission Rate), starke Sauerstoffbarriere-Eigenschaften und hohe Stabilität. Allerdings unterscheiden sich pflanzliche und bakterielle Cellulose in einigen Eigenschaften wie Porengröße, Thermostabilität, Hydrophobizität, was für die nachfolgende Produktion und Anwendung zu bedenken ist [1, 2].

Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten von Cellulose

Für die Materialwirtschaft sind neben monokristalliner Cellulose eine ganze Reihe von Cellulosederivaten von Interesse, wie reine Cellulosefasern (für Papier, Karton, Verbundmaterialien), Celluloseester (für thermoplastische Kunststoffe) und Celluloseether (für Bau- und Klebstoffe, Kosmetika, Waschmittel, Farben, Papierindustrie) [3].

Auch im Bereich der Wundversorgung hat die Verwendung von Polysaccharidmaterialien eine lange Tradition: von in Öl getränkten Leinenstreifen, über herkömmliche Baumwollgaze bis hin zu modernen Wundversorgungsprodukten [5]. Für die akute Wundversorgung werden schon länger ihre hämostatischen Eigenschaften geschätzt [4], für die Versorgung chronischer Wunden kann das Aufrechterhalten eines feuchten Milieus durch Cellulose unterstützt werden [5].

Für die Pharmaindustrie dienen Cellulosederivate wie Hydroxyethylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose oder Natriumcarboxymethylcellulose als Tablettenbindemittel, Filmbeschichtungsmittel, Gelier- und Verkapselungsmittel u.v.m. [1].    

Außerdem wird für die Weiterverarbeitung von Cellulose an neuen und verbesserten Verfahren gearbeitet. Elektrospinning und 3D-Bioprinting werden für die Herstellung von Wundauflagen für unterschiedlichste Bedürfnisse entwickelt, wodurch die Anwendbarkeit des Materials noch erweitert wird. Als vorteilhaft wird hier auch die Möglichkeit der Integration von antibakteriellen u.a. Wirkstoffen gesehen. Durch eine kontrollierte Freisetzung der Wirkstoffe könnten sie regenerative Medizin und Tissue Engineering unterstützen [5]. Neue Möglichkeiten ergeben sich auch durch innovative Techniken wie Click-Chemie, bei der im Molekül Anknüpfungspunkte für Wirkstoffe schon bei Synthese eingebaut werden. Dies wurde nun auch für bakterielle Cellulose gezeigt und gilt als weiterer Schritt zu funktionalisierten Materialien [6].

Wundauflagen mit Cellulose-Anteil

In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedenste Materialien für die Wundversorgung entwickelt; herausfordernd bleibt die Versorgung chronischer Wunden. Je nach Exsudatmenge kommen Verbände mit hochabsorbierendem Polyurethanschaum oder hydrogelbildenden Kohlenhydratpolymeren wie Alginat- und Carboxymethylcellulose, okklusive Folien- und Hydrokolloid-Verbände, feuchtigkeitsspendende Hydrogele oder Verbänden mit bakterieller Cellulose (BC-Verbände) zum Einsatz [5].

So erlauben einfache Wunddistanzgitter (Gazen) aus Baumwollgewebe, Kunstfaser oder Zellulose den Abfluss von Exsudat. Wie in standardisierten Test untersucht wurde, zeigen BC-Verbände eine hohe Kapazität zur Absorption von Wundflüssigkeit, wobei die Absorptionsfähigkeit bei freier Quellung in einer Studie höher als bei Alginat- oder Hydrofiber-Verbänden war [5]. Gleichzeitig wurde ein Feuchtigkeitsgehalt von 97% aufrechterhalten; inwieweit dies mit dem genutzten feinstrukturierten, offenporigen Materialnetzwerk und Kapillarkräften im Zusammenhang steht, wird diskutiert [5, 7].

Nachdem inzwischen mehrfach gezeigt ist, dass ein feuchtes Wundmilieu für autolytisches Debridement, Proliferation von Fibroblasten und Keratinozyten sowie endogener Kollagensynthese förderlich ist und damit Schmerzen reduziert und Wundverschluss und Narbenbildung verbessert, wird das Potenzial von Cellulose auch im Feld chronischer Wunden gesehen [5].

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