Schlagwort-Archiv: Medizin

Alternative zu Antibiotika

Plasmen töten sehr effizient Bakterien und sind somit eine Alternative zu chemischen Desinfektionsmitteln und möglicherweise zu Antibiotika. Wie sie diese Wirkung erzielen, haben Biologen, Plasmaphysiker und Chemiker der Ruhr-Universität (RUB) erforscht. Kalte Atmosphärendruckplasmen greifen die Zellhülle, Proteine sowie die DNA der Einzeller an. „Das überfordert die Reparaturmechanismen und das Stressantwortsystem der Bakterien“, sagt Juniorprofessorin Dr. Julia Bandow, Leiterin der Nachwuchsgruppe Mikrobielle Antibiotikaforschung an der RUB. „Um Plasmen für bestimmte Anwendungen zu entwickeln, zum Beispiel für die Behandlung chronischer Wunden oder die Desinfektion eines Wurzelkanals, ist es wichtig zu verstehen, wie sie auf Zellen wirken. Dann können wir unerwünschte Nebenwirkungen vielleicht im Vorfeld verhindern.“ Das Team berichtet in der Zeitschrift „Journal of the Royal Society Interface“.

Plasmen wirken auf Zellhülle, DNA und Proteine

Je nach Zusammensetzung können Plasmen unterschiedliche Bestandteile enthalten, zum Beispiel Ionen, Radikale oder Licht im ultravioletten Bereich, UV-Photonen genannt. Welche Bestandteile in der komplexen Mixtur auf welchem Wege antibakteriell wirken, war bislang unbekannt. Das Team um Julia Bandow analysierte die Effekte von UV-Photonen und reaktiven Teilchen, also Radikalen und Ozon, und zwar auf Zellebene und auf Ebene einzelner Biomoleküle, nämlich der DNA und Proteine. Auf Zellebene hatten nur die reaktiven Teilchen einen Effekt, sie schädigten die Zellhülle. Auf molekularer Ebene wirkten beide Plasmakomponenten. UV-Strahlung und reaktive Teilchen schädigten die DNA, die reaktiven Teilchen inaktivierten außerdem Proteine.

In zehn Jahren möglicherweise keine wirksamen Antibiotika mehr

Atmosphärendruckplasmen sind schon als Operationswerkzeuge zum Beispiel für die Entfernung von Nasen- oder Darmpolypen im Einsatz. Auch ihre desinfizierenden Eigenschaften könnten von großem medizinischen Interesse sein. „In zehn Jahren sind Bakterien möglicherweise gegen alle heute zur Verfügung stehenden Antibiotika resistent geworden“, sagt Julia Bandow. Ohne Antibiotika wären Operationen nicht mehr möglich, weil die Infektionsraten zu hoch würden.

Titelaufnahme

J.-W. Lackmann, S. Schneider, E. Edengeiser, F. Jarzina, S. Brinckmann, E. Steinborn, M. Havenith, J. Benedikt, J.E. Bandow (2013): Photons and particles emitted from cold atmospheric-pressure plasma inactivate bacteria and biomolecules independently and synergistically, Journal of the Royal Society Interface, DOI: 10.1098/rsif.2013.0591

Ein gerader Rücken dank mitwachsender Implantate

Nour leidet unter einer Skoliose. Hilfe fand die Zehnjährige aus Libyen jetzt am Universitätsklinikum Bonn. Mit einer neuen Methode richteten Orthopäden ihre seitlich stark verkrümmte Wirbelsäule auf. Der Clou ist, dass die zwei implantierten Magnetstäbe von außen der Länge der Wirbelsäule angepasst werden können und so quasi mitwachsen. Dem jungen Mädchen bleiben Folgeoperationen erspart. Die Methode wendeten die Orthopäden erstmals in Bonn an – und das mit Erfolg.

Ein erfolgreicher Eingriff: Pflugmacher (re) mit seiner Patientin Nour und ihrem erleichterten Vater; © Katharina Wislsperger / UKB
Ein erfolgreicher Eingriff:
Pflugmacher (re) mit seiner Patientin Nour und ihrem erleichterten Vater; © Katharina Wislsperger / UKB

Mit vier Jahren wurde bei Nour eine Skoliose festgestellt. Die Ursache ist unbekannt. Die seitliche Biegung ihrer Wirbelsäule wurde mit der Zeit immer schlimmer und hatte zum Schluss einen Winkel von 40 Grad. Doch auch eine einjährige Behandlung in Tunesien mittels Korsett half der Zehnjährigen nicht. Hoffnungsvoll kam ihr Vater mit Nour nach Bonn.

„Hochgradige Skoliosen wie bei unserer Patientin sind nicht allein ein kosmetisches Problem“, betont Privatdozent Dr. Robert Pflugmacher, Leitender Oberarzt und Leiter der Wirbelsäulenchirurgie an der Bonner Universitätsklinik für Orthopädie und Unfallchirurgie. Während des Wachstums nimmt die seitliche Biegung der Wirbelsäule weiter zu. Durch eine einseitige Abnutzung der Wirbelsäule haben die Betroffenen langfristig chronische Rückenschmerzen und sind durch eine immer stärker ausgeprägte Versteifung zunehmend in ihrer Beweglichkeit eingeschränkt. Zudem kann es zu Beeinträchtigungen der Lungenfunktion und einem Rippenbuckel kommen.

Frühzeitige Operation im Kindesalter senkt Langzeitprobleme

Da die Korsett-Therapie nicht half, schlug Pflugmacher Nours Vater die neue Eingriffs-Methode als Option vor: „Damit können wir Kinder operieren, die noch im Wachstum sind. Zumal die Deformität im Kindesalter viel besser korrigierbar ist, da die Wirbelsäule der Betroffenen noch beweglich ist.“ Über zwei kleine Schnitte am Rücken implantierte der Bonner Orthopäde zwei Titan-Stäbe so dick wie ein Bleistift parallel zur Wirbelsäule. Dabei war er sehr vorsichtig, um die Muskeln nicht zu verletzten.

An den entgegensetzten Enden der ausziehbaren Stäbe befindet sich jeweils eine Induktionsspule. So kann deren Länge alle zwei bis drei Monate mittels eines externen Magneten dem Wachstum ihrer Wirbelsäule angeglichen werden. „Die Stäbe wachsen quasi mit. Das erspart Nour zwei Operationen pro Jahr, die sonst so lange sie wächst nötig wären“, sagt Pflugmacher.

Kurze und schmerzlose Stab-Verlängerung ohne Narkose

Das Prozedere dauert nicht mehr als fünf Minuten und ist für die Zehnjährige schmerzlos. Eine Fernsteuerung wird auf ihren Rücken platziert. Per Knopfdruck rotieren darin zwei externe Magnete und ziehen so die Teleskopspitzen mit der Magnetspule nacheinander aus. Ein Display zeigt jeweils an, wenn die gewünschte Verlängerung erreicht ist. Nach anschließender Röntgenerfolgskontrolle ist Pflugmacher mit dem Ergebnis dieser ersten Nachfolgebehandlung etwa drei Monate nach dem Eingriff sehr zufrieden: „Alles läuft wie geplant. Wenn Nour dann später ausgewachsen ist und sich die Wirbelsäule stabilisiert hat, entfernen wir die Stäbe wieder. Anders als bei einer Operation im Jugendlichen- oder Erwachsenenalter versteifen wir die Wirbelsäule nicht.“

Nach acht Monaten in Deutschland, heißt es jetzt für Nour erst einmal wieder nach Hause fahren zu können. Auch wenn die fünfjährige Schwester ihr hier in Bonn die Zeit als Spielkameradin erleichtert hat, ist das Heimweh nach dem Rest der Familie doch sehr groß. So hilft es allen, wenn es jetzt so schnell wie möglich in die Heimat geht.

Erstes Kleintiermodell für humane Noroviren

In einem Verbund amerikanischer und deutscher Laboratorien ist es Prof. Christiane Wobus im Fachbereich Mikrobiologie und Immunologie der Medizinischen Fakultät der Universität Michigan und Prof. Stefan Taube, jetzt am Institut für Virologie und Zellbiologie der Universität zu Lübeck, gelungen, ein Kleintiermodell zu entwickeln, mit dem erstmals grundlegende Mechanismen der Norovirus-Infektion untersucht und neue antivirale Therapeutika entwickelt und getestet werden können.

Norovirus (Abb.: Taube) © Universität Lübeck
Norovirus (Abb.: Taube)
© Universität Lübeck

Beteiligt an dieser Studie war unter anderem auch die Arbeitsgruppe von Dr. Marina Höhne am Robert-Koch-Institut in Berlin. Die Arbeit wurde am 16. Juli 2013 mit dem Titel „A Mouse Model for Human Norovirus“ in der Fachzeitschrift mBIO, einem Journal der amerikanischen Gesellschaft für Mikrobiologie, veröffentlicht  (Taube et al. 2013, mBio).

Humane Noroviren sind weltweit verbreitet und verantwortlich für einen Großteil der akuten viralen Gastroenteritis-Erkrankungen bei Kindern und Erwachsenen. Die Übertragung humaner Noroviren erfolgt direkt von Mensch zu Mensch oder über kontaminierte Lebensmittel. So erkrankten während eines einzigen Ausbruchs 2012 in Deutschland über 11.000 Menschen, vorwiegend Kinder und Jugendliche, an Brechdurchfall, ausgelöst durch eine Norovirus-Kontamination von Tiefkühl-Erdbeeren. Dieser Ausbruch war der bisher mit Abstand größte bekannte lebensmittelbedingte Krankheitsausbruch in Deutschland.

Prof. Dr. Stefan Taube © Universität Lübeck
Prof. Dr. Stefan Taube
© Universität Lübeck

Für das gesamte Jahr 2012 in Deutschland meldete das Robert-Koch-Institut 110.000 bestätigte Norovirus-Erkrankungen. Damit sind Noroviren die häufigste gemeldete Erkrankung in diesem Zeitraum. Obwohl gesunde Menschen die Symptome der Norovirus-Infektion in der Regel ohne Komplikationen nach ein bis zwei Tagen überstanden haben, kann es insbesondere bei älteren und kranken Menschen aufgrund des sehr schnellen Flüssigkeitsverlustes zu Todesfällen kommen. Deutschlandweit sterben jedes Jahr circa 40 Patienten an einer Norovirusinfektion.

Vor allem das Fehlen eines effizienten Gewebekultursystems und Kleintiermodells hat die Forschung an diesen Viren erschwert, so dass viel-versprechende Wirkstoffe für eine antivirale Therapie, wie sie zum Beispiel auch von Prof. Thomas Peters am Institut für Chemie der Universität zu Lübeck entwickelt werden, bisher nicht effizient in vivo getestet werden konnten (Rademacher et al. 2011, Chemistry). Seit der Entdeckung humaner Noroviren 1972 nach einem Ausbruch in einer Kindertageseinrichtung in Norwalk im US-Bundestaat Ohio wird an Möglichkeiten, dieses Virus im Labor anzuzüchten, bzw. an einem Kleintiermodell zum Testen antiviraler Wirkstoffe gearbeitet.

Mit der aktuellen Studie sind nun ein Zellkultur-System und eine antivirale Therapie in greifbare Nähe gerückt. Bis dahin stellen Hygienemaßnahmen wie zum Beispiel Händewaschen mit Seife oder speziell für Norovirus getesteten Händedesinfektionsmitteln die einzig effektive Möglichkeit dar, die Verbreitung von Noroviren einzudämmen.

Die Studie wurde am 22. Juli 2013 auf der Jahrestagung der amerikanischen Gesellschaft für Virologie in einer Diskussionsrunde der Sendung  „This Week in Virology (TWIV) “ vorgestellt.

„A Mouse Model for Human Norovirus“:
http://mbio.asm.org/content/4/4/e00450-13

Systemische Entzündungsforschung

Wissenschaftler vom Zentrum für Infektiologie und Entzündungsforschung Lübeck (ZIEL) der Universität zu Lübeck arbeiten an der Fragestellung, wie das Immunsystem Antigen-spezifisch aktiviert werden muss, um entweder eine bestmögliche starke T- und B-Zellantwort gegen Pathogene zu induzieren (Vakzinierung) oder im Gegenteil eine supprimierende T- und B-Zellantwort auszulösen, um z.B. Allergien oder Autoimmunität Antigen-spezifisch zu inhibieren (Toleranztherapie).

Koordiniert von Prof. Marc Ehlers vom Lübecker Institut für Systemische Entzündungsforschung wurde zusammen mit Wissenschaftlern vom Deutschen Rheuma-ForschungsZentrum, dem Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie und der Charité in Berlin und von der Georgia Health Sciences University in Augusta, USA, herausgefunden, warum T-Zell-abhängige Vakzinierungen einen viel besseren Schutz induzieren könnten als T-Zell-unabhängige Vakzinie.

Der Erfolg bei der Entwicklung von Vakzinen wird vor allem daran gemessen, ob das Vakzin nachweisbare Immunglobulin G (IgG) Antikörper im Blut induziert und wie viele. Bei einem niedrig induzierten IgG-Titer wird eine zweite oder sogar dritte Impfung (Boost) empfohlen.

Zur Verhinderung z.B. einer Pneumokokken Infektion gibt es zwei Impfstoffe, einen T-Zell-unabhängigen Impfstoff mit verschiedenen Polysacchariden von Pneumokokken und einen T-Zell-abhängigen Impfstoff bei dem die Polysaccharide an ein Trägerfremdprotein gekoppelt sind. Beide Impfstoffe können Polysaccharid-spezifische B-Zellen aktivieren, so dass diese Polysaccharid-spezifische IgG-Antikörper produzieren.

Der Unterschied zwischen beiden Impfstoffen liegt darin, dass das T-Zell-abhängige Vakzin zusätzlich Fremdprotein-spezifische T-Zellen des Immunsystems aktiviert, die dann wiederum einen starken Einfluss auf die aktivierten B-Zellen nehmen. In den letzten Jahren ist der Erfolg einer T-Zell-unabhängigen Vakzinierung gegen Pneumokokken immer wieder in die Kritik geraten.

Die Wissenschaftler haben nun in Mausexperimenten herausgefunden (Hess C et al, J. Clinical Invest. 2013), dass nur T-Zell-abhängige Immunisierungen pathogene IgG-Antikörper induzieren können. Die Forschungsergebnisse basieren auf der Erkenntnis, dass das Muster der Verzuckerung von IgG-Antikörpern deren pathogene oder immunsuppressive Funktion bestimmt (Abb. 1). Nur T-Zell-abhängige Immunisierungen mit Protein + Adjuvans haben pathogene, entsprechend verzuckerte IgG-Antikörper induziert. T-Zell-unabhängige Immunisierungen, ob mit oder ohne Adjuvans, haben stattdessen sialylierte, immunsuppressive IgG-Antikörper induziert.

„Die induzierte IgG-Glykosylierung spiegelt damit den Erfolg einer Immunisierung wieder und stellt damit für die Zukunft einen wichtigen Parameter für die Entwicklung und Überprüfung von Vakzinen dar“, kommentiert Prof. Ehlers. „In Zukunft sollen diese Erkenntnisse an vakzinierten Personen verifiziert werden.“

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Hess C, Winkler A, Lorenz AK, Holecska V, Blanchard V, Eiglmeier S, Schoen A-L, Bitterling J, Stoehr AD, Petzold D, Schommartz T, Mertes MMM, Schoen CT, Tiburzy B, Herrmann A, Köhl J, Manz RA, Madaio MP, Berger M, Wardemann H, and Ehlers M. T cell-independent B cell activation induces immunosuppressive sialylated IgG antibodies. J. Clinical Invest. 2013; doi:10.1172/JCI65938.

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