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Enzyme helfen bei der Diagnose: Ein Pflaster der Zukunft


Als Massenphänomen gelten Wundinfektionen, sie sind schmerzhaft und lebensgefährlich: In Europa haben nach Operationen ca. 30 Millionen Menschen unter offenen Wunden zu leiden, die sich bei 3 Millionen infizieren, oft auch bei chronisch Kranken. Alte und pflegebedürftige Menschen (ca. 5 Millionen) haben sich wund gelegen und bei über einer Million von ihnen hat sich die Wunde infiziert. Unberücksichtigt bei dieser Zahlenangabe sind Komplikationen bei der Wundheilung nach Unfällen oder infolge anderer Ursachen.

Die Haut schützt unseren Körper vor äußeren Einflüssen. Fehlt sie, können Bakterien ungehindert in eine Wunde eindringen und Wundinfektionen verursachen. Auch Viren, Parasiten oder Pilze können in seltenen Fällen dafür verantwortlich sein, dass die Haut nicht abheilt. Für betroffene Patienten ist eine Entzündung sehr unangenehm und kann sogar lebensbedrohlich sein. So löst der Bakterienherd bei einer Sepsis, auch Blutvergiftung genannt, im Körper schwere Störungen aus, die Organe können versagen und mitunter verstirbt der Patient innerhalb kurzer Zeit.

Für eine optimale Therapie ist eine genaue und schnelle Diagnose nötig. Diese basiert grundsätzlich auf dem Wissen und Erfahrungen des behandelnden Arztes. Anhand von fünf Symptomen wird von ihm die Wunde beurteilt:1. Rötung (Rubor), 2. Erwärmung (Calor), 3.Schmerz (Dolor), 4. Schwellung (Tumor), 5. Funktionsstörungen (Functio laesa). Um feststellen zu können, welche Bakterien aktiv sind, muss jedoch zurzeit im Labor eine Probe untersucht werden. Dafür sind ca. zwei Tage nötig: Die Bakterien müssen ins Labor gebracht, die Kolonien müssen heranwachsen bis man sie zählen kann. Es gibt zwar auch neuere genetische Methoden zur Diagnose, doch sie sind sehr aufwendig und deshalb auch teuer. Dennoch dauert diese Zeit zu lange für lebensrettende Maßnahmen bei einer Sepsis.

Das nahm vor ca. acht Jahren der Umweltbiotechnologe Georg Gübitz mit seinem Team zum Anlass, eine schnellere Diagnose bei Wundinfektionen zu finden. Die Wissenschaftler forschen an zwei EU-Projekten, die aufeinander folgen: zuerst Lidwine und seit Anfang des Jahres das Nachfolgeprojekt Infact. Es werden Materialien erforscht, die eine rasche Diagnose bei Wundinfektionen gestatten. Das Ergebnis soll ein Pflaster sein: Es soll die Wunde nicht nur schützen können, sondern gleichzeitig als Diagnosewerkzeug dienen, Arzt und Patient zum Nutzen. Künftig soll ein derartiges Pflaster in Echtzeit über den Wundstatus Informationen liefern und die Wirkstoffe könnten so gezielt und schnell angewendet werden.

Ein weiterer Vorteil dieser Methode besteht darin, dass zukünftig weniger Antibiotika zur Behandlung eingesetzt werden könnten. Die derzeitige Praxis, Antibiotika vorsorglich zu verordnen, hat den Nachteil, dass Bakterien zur Ausbildung von Resistenzen neigen. Bei den kugelförmigen Bakterien, den Staphylokokken, liegt in Österreich die Resistenzrate schon bei 5 bis 10 % (Angaben der EU). Durch den verbreiteten Einsatz von antibiotischen Mitteln setzen sich die Bakterien gegen die Wirkstoffe besonders erfolgreich zur Wehr. In den Niederlanden beispielsweise liegt die Resistenzrate deutlich darunter, da dort weniger Antibiotika zum Einsatz kommen. Dagegen ist in den Ländern, wo es Antibiotika rezeptfrei gibt (z.B. USA), die Resistenzrate 3- bis 4mal höher.

Zwei Ansätze nahmen die Wissenschaftler der Wiener Universität für Bodenkultur in Zusammenarbeit mit dem Austrian Centre of Industrial Biotechnology (ACIB) bei ihrer Forschung in Angriff. Der Projektleiter Grübitz sagt: „Zuerst wurde davon ausgegangen, dass in den Wunden Bakterien die Enzyme (Eiweißstoffe) für das Zerkleinern größerer Moleküle brauchen und damit überleben.“ Der Nachweis stellte sich als schwierig heraus und zwar deshalb, weil sich bei jedem Patienten in dessen Wunde in unterschiedlicher Anzahl viele verschiedene Organismen befinden. Daher wählten die Wissenschaftler einen anderen Weg, indem sie den Schwerpunkt ihrer Forschung auf drei besonders oft vorkommende körpereigene Enzyme setzten. Im Kampf gegen nicht erwünschte Mikroorganismen unterstützen Myeloperoxidase, Lysozym und Elastase das Immunsystem des Menschen.

Sie wirken im Körper als Wundpolizei und haben eine wichtige Aufgabe. Das Enzym Lysozym wird vom Immunsystem ausgeschüttet und löst Bakterienzellwände auf. Es befindet sich zum Schutz auch in der Augenflüssigkeit als permanentem potenziellen Infektionsherd. Bei der Wundreinigung spielt Myeloperoxidase eine spezielle Rolle. Im Körper erzeugt das Enzym Hypochlorid, eine ähnliche Chlorverbindung wie in Schwimmbädern und kann schädliche Organismen abtöten. Ebenfalls tötet die Elastase Bakterien ab. Dadurch ist der Körper in der Lage, totes Gewebe abzubauen und somit den Heilungsprozess einzuleiten.

Ziel der Forscher war, nachzuweisen, dass die drei Enzyme in infizierten Wunden höher konzentriert vorhanden sind. Dafür wurde von ihnen ein eigener Test entwickelt: Einer Probe, von einer Wunde entnommen, wird ein Substrat zugesetzt, das eine biochemische Reaktion auslöst. Dazu wurde für jedes Enzym ein eigenes Substrat entwickelt. Eine Infektion wird an einer Verfärbung der Probe erkannt: Myeloperoxidase = rot, Lysozym = blau, Elastase =gelb.

Die Zuverlässigkeit dieses Tests prüfen die Forscher in einem weiteren Schritt in Zusammenarbeit mit Medizinern in den Niederlanden und Österreich. Es stellte sich als ein statistisch und ethisch schwieriges Unterfangen heraus, erklärt Gübitz. So wurden für Vergleiche zwei Personengruppen von gleicher Größe benötigt: die eine sollte mit einer Wundinfektion behaftet sein und die andere nicht. Nun hat allerdings eine infizierte Wunde Vorrang für eine Behandlung. Mit Hilfe der Ethikkommissionen und Spitäler gelang die Datensammlung. Man setzte bei der Auswertung zuerst auf Kenngrößen wie Spezifität und Sensitivität. Der Anteil der einwandfrei positiv gemessenen Werte beschreibt die Kenngröße Sensitivität an allen positiven Messwerten. Das bedeutet, alle infizierten Fälle lassen sich gut identifizieren und wenig infizierte Personen werden fälschlicherweise für nicht infiziert eingestuft. Spezifität wird auf Fälle angewandt, wenn sich keine oder wenig Enzyme nachweisen lassen. Hohe Spezifität heißt demnach: Werden Fälle als nicht infiziert wahrgenommen, sind sie es auch tatsächlich nicht. Sollten beide Werte hoch sein, bedeutet es ist einen guten Test. Der Test von Gübitz schnitt sehr gut ab. Entscheidend dafür war der Ansatz, mehrere Enzyme als Biomarker zu messen.

Damit ist es den Wissenschaftlern gelungen, künftig den Medizinern ein Werkzeug zur Beurteilung von Wunden in die Hände zu legen. Die Ergebnisse sind entstanden durch die Zusammenarbeit von Forschern und Wissenschaftlern in Deutschland, den Niederlanden, Portugal, Spanien, England, Israel und Rumänien.

In der Praxis wird es schon angewendet: Aus der Forschungsgruppe in Österreich haben die Absolventinnen Eva Sigl und Andrea Heinzle das Start-up Qualizyme gegründet. Sie bieten Diagnostikleistungen an, die auf der gemeinsamen Forschungsarbeit basieren.

Der Schwerpunkt der weiteren Forschungsarbeit liegt in der Weiterentwicklung der Materialien. Die Vision: Nicht nur bei der Diagnose soll das Pflaster der Zukunft als Werkzeug dienen, sondern auch Medikamente automatisch abgeben können. Das könnte in etwa zehn Jahren Realität werden.


Von: Stefan Lübker / Probanden-Online.de
Veröffentlicht am: 18.04.2014 - 08:43 Uhr
Kategorie: Medikamententester News