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Medizintechnik: Tödlicher Zucker

Pilze mögen bei Schwammerl-Sammlern beliebt sein - in der Medizin sind sie eher gefürchtet. Gefahr droht besonders von infizierten Katheter und Kanülen: Sobald die Mikroorganismen in den Blutkreislauf gelangen, können sie lebensbedrohliche Infektionen auslösen. Forscher suchen daher nach Medizinprodukten mit einer pilztötenden Oberfläche.
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Blitzblank sehen sie aus, die Nadeln von Kathetern und Infusionen, die für die moderne medizinische Behandlung grundlegend sind. Doch kommt es immer wieder vor, dass Bakterien oder Pilze durch die Haut in den Körper des Patienten gelangen und sich auf dem körperfremden Material ablagern. Pilze finden dort ein ideales Wachstumsklima vor, sie verändern ihre Form und umgeben sich mit einem schützenden Biofilm. Ein pilzbefallener Katheter muss aus dem Körper entfernt werden, bevor die Pilzzellen Infektionen auslösen und in den Blutkreislauf gelangen können – eine intensive und teure Behandlung, die für den Patienten schnell tödlich enden kann.

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Biofilm von Candida albicans | Der Pilz Candida albicans bildet Biofilme auf Oberflächen wie Polyurethan, das häufig für Katheterschläuche verwendet wird. Dadurch können die Mikroorganismen in den Blutkreislauf gelangen und gefährliche Infektionen auslösen.
Nicht immer aber will und kann man einen Katheter entfernen. Ideal wären deshalb Materialien, auf denen sich Mikroorganismen gar nicht erst festsetzen können, oder Beschichtungen, die Pilze bei Kontakt sofort abtöten. Letzteres hat nun Andreas Zumbühl von der Universität Basel zusammen mit Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology entwickelt.

Als Grundlage des pilzfeindlichen Materials diente ein Polymer aus Zuckermolekülen – ein so genanntes Dextran-Hydrogel, das große Mengen Wasser aufnehmen und speichern kann. Dextran-Hydrogele sind für die gute Verträglichkeit mit dem menschlichen Gewebe bekannt. Das Material ist zunächst flüssig und kann in jede beliebige Form gegossen werden. Wird es dann mit UV-Licht bestrahlt, entsteht ein stabiles Polymer.

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Dextran-Hydrogele | Die Forscher experimentierten mit verschiedenen Gelen. Rechts ist das Amphogel zu erkennen, welches das pilztötende Antibiotikum Amphotericin B enthält.
Das Dextran-Hydrogel haben die Forscher anschließend mit Amphotericin B versetzt – ein Wirkstoff, der seit gut vierzig Jahren als Medikament zur Behandlung von Pilzinfektionen bei Menschen verwendet wird. Im Gegensatz zu anderen Antibiotika wirkt Amphotericin B derart drastisch auf die Membran eines Pilzes, dass nur vereinzelte Pilzstämme dagegen resistent sind.

Amphotericin B ist in Wasser praktisch unlöslich, löst sich jedoch gut in bestimmten organischen Lösemitteln. Um den Wirkstoff zu binden, tauchten die Forscher das Dextran-Polymer in eine Lösung mit Amphotericin B, in der das Polymer das Medikament wie ein Schwamm aufsaugte. Danach wurde das organische Lösungsmittel mit Wasser ausgewaschen, während das Antibiotikum im Dextran-Hydrogel gefangen blieb.

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Candida albicans auf Dextran | Auch auf Dextran-Hydrogelen gedeiht Candida albicans. Das mit dem Antibiotikum Amphotericin B versetzte Amphogel verhindert dagegen das Pilzwachstum.
Mit dieser Technik konnten die Forscher so genannte Amphogel-Oberflächen herstellen, die dieselben pilztötenden Aktivitäten zeigen wie das ungebundene Medikament. Amphotericin B ist für seine starken Nebeneffekte bekannt. Doch ein negativer Effekt blieb beim Kontakt mit menschlichem Blut aus, da sich das Antibiotikum kaum aus dem Zuckerpolymer löste.

Anschließend setzten die Wissenschaftler das Amphogel dem Hefepilz Candida albicans aus. Innerhalb kürzester Zeit war es um den Pilz geschehen: Eine Kolonie von zehn Millionen Zellen war nach zwei Stunden dahingerafft.

Tierversuche bestätigten diesen Effekt: In Mäuse implantierte infizierte Dextran-Polymere waren nach wenigen Tagen vollständig mit Pilz-Biofilmen überwachsen, während die Amphogel-Oberfläche keine Anzeichen von Pilzbefall zeigte.

Amphogel kann nach Ansicht der Forscher einfach und kostengünstig hergestellt werden. Das Material sei stabil und verliere auch nach vielfachen Anwendungen nichts von seiner Wirkung. Oberflächen, die mit diesem Material beschichtet wurden, könnten daher in Zukunft viele Leben retten.
01.08.2007

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 01.08.2007

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