Nanopartikel eignen sich im Tierversuch als schnelles Wundverschlussmittel.
Neuartige Materialien, die die Gerinnungsfähigkeit von Blutplättchen nachahmen, sollen in einigen Jahren Blutungen besonders schnell stoppen können. An Nagern funktioniert die an der Case Western University in Cleveland entwickelte Technik bereits.
Die synthetischen Nanopartikel, die sich an die körpereigenen Blutplättchen anheften, leiten die Blutgerinnung zudem effektiver ein als ein als besonders fortschrittlich geltender Wirkstoff, der derzeit bereits in der Praxis zur Eindämmung von unkontrolliertem Blutverlust verwendet wird. "Wir beschleunigen die Gerinnung", sagt Erin Lavik, Case Western-Bioingenieurin, die die Studie leitet.
Sollten weitere Tests erfolgreich verlaufen, könnten die Nanopartikel in einigen Jahren bei traumatischen Verletzungen eingesetzt werden. Rettungsteams würden sie dann nach Unfällen oder bei Kriegsverletzungen sofort injizieren. Erste Sicherheitsprüfungen fielen positiv aus.
Die Entwicklung gut funktionierender Gerinnungsmittel ist noch immer eine große Herausforderung. "Man muss zwischen zwei eigentlich entgegengesetzt liegenden Polen genau die Mitte treffen – einer zu starken Blutung oder einer zu starken Gerinnung", sagt Mortimer Poncz, Arzt an der University of Pennsylvania Medical School in Philadelphia und Experte auf dem Gebiet. Niemand wolle eine Blutung am Bein stoppen, nur damit der Patient dann an einem Herzinfarkt oder Gehirnschlag sterbe.
Unkontrollierbare Blutungen sind einer der Hauptkiller nach Traumata. Die derzeit verfügbaren Hauptmethoden zum Stoppen solcher lebensgefährlicher Situationen eignen sich entweder nur für die Behandlung offener Wunden oder müssen im Operationssaal durchgeführt werden. Innere Blutungen, die noch vor der Ankunft im Krankenhaus auftreten, sind nur schwer aufzuhalten.
Nach einer traumatischen Verletzung beginnt der Körper mit seiner eigenen Blutgerinnungskaskade – die Blutplättchen werden aktiviert. Diese eigentlich scheibenförmigen Gebilde verwandeln sich in spitze, klebrige Zellen, die sich aneinander anheften und sich mit Molekülen verbinden, die am Ort der Verletzung auftreten. Es entsteht ein Blutgerinnsel.
Dieser Prozess lässt sich bereits optimieren, indem Wirkstoffe oder bestimmte Materialien in den Gerinnungsprozess eingeführt werden. Eines dieser Medikamente nennt sich NovoSeven. Dabei handelt es sich um ein synthetisches Protein, das aus einem menschlichen Gen abgeleitet wurde. Das Problem: Noch ist der Wirkstoff enorm teuer – 10.000 bis 30.000 Dollar. Zudem gibt es seitens einiger Chirurgen Zweifel an der Wirksamkeit.
Versuche, Blutplättchen selbst nachzuahmen, waren bislang nicht von Erfolg gekrönt. Forscher haben zwar künstliche rote Blutkörperchen und blutspezifische Proteine geschaffen, die sich an körpereigene anbinden lassen. "Doch diese Partikel können sich in den Kapillaren anreichern und dort gefährliche Blutgerinnsel erzeugen", sagt Lavik.
Die Forscherin und ihr Kollege James Bertram, Master-Student an der Yale University, haben deshalb nun Nanopartikel entwickelt, die klein genug sind, sich frei durch die Kapillaren zu bewegen. Sie besitzen außerdem die Klebekraft regulärer Blutplättchen, haben aber nur rund ein Drittel ihrer Größe.
Jedes der Partikel besitzt einen Polymerkern, der mit Polyethylenglykol (PEG) überzogen ist, einem wasserlöslichen Molekül, das verhindert, dass die Nanopartikel sich an unerwünschten Orten im Körper anreichern. Die PEG-Moleküle sind außerdem mit einer Peptidsequenz besetzt, die sich an die aktivierten Blutplättchen bindet. "Es wurde zuvor nachgewiesen, dass diese Moleküle zusammenpassen. Deshalb haben wir die Chemie entsprechend optimiert – die Peptidsequenz zeigt nach außen und präsentiert sich regelrecht", sagt Lavik.
Werden die Nanopartikel in den Blutkreislauf von Ratten injiziert, denen zuvor eine Verletzung in der großen Oberschenkelarterie zugefügt wurde, die in der Oberschenkelmuskulatur verläuft, bindet sich Laviks Mixtur an die aktivierten Blutplättchen im Bereich der Wunde. Die Behandlung halbierte die Zeit der Blutung bei den Ratten von vier Minuten auf zwei. Damit sei der Ansatz insgesamt erfolgreicher als NovoSeven, wie Lavik stolz berichtet.
Zudem ergänzen sich beide Behandlungsformen möglicherweise. NovoSeven helfe dabei, das Fibrinnetzwerk aufzubauen, das bei der Gerinnung so wichtig sei, sagt Lavik. "Vielleicht könnten die synthetischen Blutplättchen dabei helfen, die Gerinnung einzuleiten und das Medikament stabilisiert sie dann."
Die bei Gerinnungsmitteln so wichtigen Sicherheitsüberprüfungen haben die Nanopartikel bei Versuchstieren bislang überstanden: Die Forscher untersuchten eine fluoreszierende Version des Materials und fanden heraus, dass es den Körper schnell wieder verlässt Zudem reicherte es sich auch nicht in unverletztem Gewebe wie Lungen oder Nieren an und bildete keine gefährlichen Gerinnsel. Bei einer hohen Dosis – in Konzentrationen, die kaum durch die Spritze passten -, erzeugten die Partikel bei manchen Versuchstieren allerdings Atembeschwerten. Allerdings wären solche hohen Konzentrationen für die Blutgerinnungswirkung auch gar nicht notwendig, sagt Lavik.
Dennoch müssen nun weitere intensive Tests durchgeführt werden, um abzuklären, ob die Partikel beim Menschen auch so gut und sicher wirken würden. "Bislang sehen die Ergebnisse sehr viel versprechend aus, doch das menschliche System ist eben ganz anders als das von Nagern", sagt Rutledge Ellis-Behnke, Forscher am MIT. So müsse sichergestellt sein, dass die Nanopartikel nicht das Innere der Lungen erreichten und den Sauerstofftransfer der roten Blutkörperchen blockierten.
Als nächstes soll Laviks Erfindung nun bei größeren Tieren getestet werden, deren Kreislauf stärker dem des Menschen entspricht. Dann folgen Versuche mit unterschiedlichen Verletzungen – etwa solchen, wie sie bei Bombenattentatsopfern im Irak oder in Afghanistan auftreten.
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