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Heilen mit kaltem Plasma

Für Patienten mit chronisch schlecht heilenden Wunden gibt es jetzt einen Hoffnungsträger: Kaltes Plasma vernichtet Bakterien und regt die Selbstheilungskräfte des Körpers an. Greifswalder Forscher haben jetzt auf Basis von WACKER-Siliconen eine neue Wundauflage entwickelt, die das energiereiche Gas direkt auf verletzten Hautarealen erzeugt.

Über der verletzten Haut schimmert ein blau leuchtendes Gas – mit einer ungewöhnlichen Wirkung. Selbst chronische Wunden schließen sich unter seiner Einwirkung in nur wenigen Wochen. „Kaltes Plasma kann heilen“, sagt Dr. Carsten Mahrenholz, Chemiker am Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie (INP) in Greifswald und einer der Gründer des Start-up-Unternehmens Coldplasmatech. Dieses kalte Plasma bildet sich beispielsweise, wenn ein Gas durch starke elektrische Felder geschickt wird – dann lösen sich die Elektronen aus den Molekülen, das Gas wird elektrisch leitfähig und beginnt blau zu leuchten.

„Plasma enthält unter anderem Ionen, UV-Strahlung und Radikale – einen Mix aus verschiedenen aktiven Substanzen“, erklärt Mahrenholz. Bei ihren Untersuchungen stellten die Greifswalder Forscher fest, dass kaltes Plasma Bakterien effizient abtöten kann. Sogar die gefürchteten antibiotikaresistenten Krankenhauskeime lassen sich damit wirkungsvoll bekämpfen. Der Wirkmechanismus beruht auf rein physikalischen Prozessen, die unter anderem die Zellmembran der Mikroben angreifen. Dabei finden mehrere ungerichtete chemische Reaktionen statt. Sie sind der Grund dafür, dass die krankmachenden Keime erst gar keine Resistenzen entwickeln können – wie das bei gezielt wirkenden Antibiotika irgendwann der Fall ist.

Alltägliches Naturphänomen

WACKER CLEAN OPERATIONS

Medizinische Silicone von WACKER stehen im direkten Kontakt mit dem menschlichen Körper. Deswegen müssen sie höchsten Anforderungen genügen. Mit WACKER CLEAN OPERATIONS garantiert der Konzern nicht nur eine konstante Qualität und kontrollierte Reinheit, sondern auch Zuverlässigkeit, absolute Sorgfalt und sichere Produktionsbedingungen. Die Herstellungsprozesse und die Herkunft der SILPURAN®-Silicongele und -kautschuke lassen sich jederzeit zurückverfolgen – von der Rohstoffquelle bis zum Endprodukt. Produktion, Abfüllung und Logistik sind räumlich getrennt und von außen nur über spezielle Schleusen zugänglich. Für die Abfüllung und Verpackung gelten besonders strenge Richtlinien: Neben speziellen Bekleidungs- und Hygienevorschriften sorgen aufwendige Luft- und Partikelfilter für die Einhaltung der international gültigen ISO-Norm für Reinräume der Klasse 8. So ist sichergestellt, dass die Produkte den Betrieb in absolut reinem Zustand verlassen.

Im Prinzip ist Plasma ein alltägliches Naturphänomen und bezeichnet einen vierten Aggregatzustand, der auf die Zustände fest, flüssig und gasförmig folgt. Bei weiterer Aufheizung trennen sich freie Ladungsträger wie Ionen und Elektronen ganz oder teilweise im gasförmigen Teilchengemisch ab, das zwar leitfähig, aber nach außen hin elektrisch neutral bleibt. Die Sonne, Blitze und Nordlichter haben beispielsweise die Eigenschaften eines Plasmas.

Seit rund zwei Jahrzehnten forschen Wissenschaftler am Greifswalder INP an einem Plasmazustand, der – im Gegensatz zur Sonne oder zu Blitzen – nicht glühend heiß, sondern kühl ist. Eine Projektgruppe unter Leitung des Institutsdirektors Prof. Dr. Klaus-Dieter Weltmann arbeitet zudem seit 2005 an der Entwicklung von kalten Plasmaquellen zur Wundbehandlung. Dazu untersuchten die Wissenschaftler eine Reihe von punktförmigen und flächigen Prototypen intensiv bezüglich ihrer Wirkungen auf lebende Zellen. 2013 erhielt ein punktförmig arbeitendes Gerät – der sogenannte Plasma-Pen von der Größe eines Füllfederhalters – die Zulassung als Medizinprodukt. Ergänzend dazu begannen Untersuchungen zu flächigen Plasmen, um größere Wundareale effektiver behandeln zu können.

Obwohl kaltes Plasma Keime abtöten kann, werden menschliche Zellen von ihm nicht negativ beeinflusst – im Gegenteil: „Sie reagieren zum Beispiel mit der Ausschüttung von Cytokinen“, sagt Tobias Güra, Medizinökonom im Coldplasmatech-Team. „Diese Botenstoffe kurbeln das Immunsystem und das Zellwachstum an und sorgen dafür, dass sich neue Blutgefäße ausbilden.“ Ingesamt aktiviert das Plasma die Selbstheilungskräfte des Körpers.

Stimulation fürs Immunsystem

Geniale Wundauflage - Erst wenn es leuchtet, ist das Patch wirksam. Das kalte Plasma tötet Keime ab, greift aber menschliche Zellen nicht an; ganz im Gegenteil, es aktiviert die Selbstheilungskräfte des Körpers.

Seine antibakteriellen und immunstimulierenden Eigenschaften machen das blau leuchtende Gas zu einem wertvollen Instrument für die Medizin der Zukunft – vor allem für die moderne Wundversorgung. „Und der demografische Wandel sorgt dafür, dass sich der Bedarf in diesem Bereich künftig enorm erhöhen wird“, sagt Dajana Westenberg, Business Development Managerin für Wundversorgung bei WACKER. „Die Menschen werden immer älter und längere Zeit bettlägerig – dadurch steigt auch die Gefahr, dass sie sich wund liegen und sich einen Dekubitus, ein Druckgeschwür der Haut, zuziehen.“

Heilung für Dekubitus-Patienten

Biokompatible Materialien

„Für uns war vor allem wichtig, dass die verwendeten Materialien biokompatibel sind und somit den hohen regulatorischen Anforderungen entsprechen“, erklärt Medizinökonom Güra. Und da stieß das Team schnell auf Silicone von WACKER, die höchste medizinische Standards erfüllen. „WACKER hat uns nicht nur mit hochwertigen Materialien versorgt, wir wurden auch sehr kompetent von den Anwendungstechnikern beraten“, berichtet Güra. „Wir haben hier einen Partner gefunden, mit dem wir diesen neuen, zukunftsweisenden Therapieansatz vorantreiben können.“

WACKER beliefert mit seiner Produktreihe SILPURAN® bereits zahlreiche Hersteller von Wundauflagen – Tendenz steigend. „Für unsere Siliconsparte gehört die Wundversorgung zu den Schwerpunktthemen, von denen wir uns ein überdurchschnittliches Wachstum in den nächsten Jahren erwarten“, erklärt Dr. Peter Jerschow, Leiter des Business Teams Industrial Solutions bei WACKER. „Hier wollen wir mit innovativen Produktlösungen einen Beitrag zu einer besseren Versorgung leisten.“

Laut einer Studie des Instituts für Gesundheitsund Pflegewissenschaft an der Berliner Charité weisen 10 Prozent aller bewegungsunfähigen Patienten in deutschen Pflegeheimen einen Dekubitus auf, in Kliniken sogar 27 Prozent. Zudem wächst die Anzahl an Diabetes-Patienten, die aufgrund ihrer Stoffwechselerkrankung zu Durchblutungsstörungen neigen und damit ebenfalls zu schlecht heilenden Wunden. Allein in Deutschland leiden nach Einschätzung der Helios-Kliniken schätzungsweise fünf Millionen Menschen an chronischen Wunden: Die verletzte Haut ist zudem eine Eintrittspforte für krankmachende Keime, die die Gesundheit der Patienten zusätzlich gefährden können – und damit auch die Gesundheitssysteme belasten.

Die Therapie der durch Dekubitus geschädigten Haut und des darunterliegenden Gewebes ist nicht nur aufwendig, sondern oftmals auch langwierig – und vor allem schmerzhaft. Das notwendige regelmäßige Wechseln der Wundauflagen ist für die Betroffenen jedes Mal eine Tortur, die den Wundheilungsprozess verzögert. „Die Patienten haben einen hohen Leidensdruck“, berichtet Carsten Mahrenholz von dem Greifswalder Start-up Coldplasmatech, der mit seinem Team die konventionellen Behandlungsmethoden verfolgt hat. „Um eine alltags- und praxistaugliche Therapie mithilfe von kaltem Plasma zu entwickeln, haben wir uns frühzeitig mit Ärzten, Patienten, Pflegepersonal und Kliniken in Verbindung gesetzt“, so der Chemiker. Schnell war klar: Wundauflagen sind das Mittel der Wahl und eine optimale Ergänzung zu bisher verwendeten Medizinprodukten. Damit stellte sich das interdisziplinäre INP-Team der Herausforderung, eine Auflage zu konstruieren, mit der sich das heilende Plasma direkt an der Wundoberfläche erzeugen lässt.

„Die Therapie wird nur wenige Minuten dauern und absolut schmerzfrei sein.“

Tobias Güra, Mitgründer Coldplasmatech

Silicone bieten im Medizinbereich eine Reihe von Vorteilen: Sie ermöglichen einen atraumatischen – also sehr schonenden – Verbandswechsel. Die Auflage verklebt nicht mit der Wunde, sodass keine Schmerzen entstehen und das Gewebe nicht irritiert wird. Dank der Wasserdampfdurchlässigkeit und Atmungsaktivität des Materials schaffen SILPURAN®- Silicone zudem ein optimales Heilungsmilieu. Die Wunden schließen sich rascher, die Menschen können schneller die Klinik wieder verlassen – und das bedeutet mehr Lebensqualität für den Patienten.

Hervorragend geeignet für Medizinanwendungen

Ein Plasma-Patch, das auf Wacker -Siliconen basiert: Zu sehen sind die Leiterstrukturen, mit deren Hilfe wundseitig ein Plasma gezündet wird. Dieses Plasma erscheint als bläuliches Schimmern (Glimmhaut).

Aber auch wegen ihrer generellen Materialqualitäten bieten Silicone sich für medizinische Anwendungen an. Wegen der hohen Bindungsenergie zwischen den Silicium- und Sauerstoffatomen ist ihre Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen hoch und sie sind thermisch stabil, zudem sehr flexibel und weisen hervorragende mechanische Eigenschaften auf.

„Eine Voraussetzung für die Anwendung von Siliconen im medizinischen Bereich ist allerdings, dass die Produkte höchsten Qualitätsansprüchen genügen“, ergänzt WACKER Managerin Dajana Westenberg. „Dies gewährleisten wir, indem wir unser besonderes Augenmerk auf Reinheit, Biokompatibilität, hohe Klebkraft und beste Prozessverarbeitung richten.“ WACKER garantiert die kontrollierte Reinheit der SILPURAN®-Produkte, die sich vom Endprodukt bis zur Rohstoffquelle zurückverfolgen lässt. Zudem werden die Medizintechnik-Silicone unter Reinraumbedingungen abgefüllt und verpackt, um höchste Qualität zu gewährleisten.

Der Startschuss für die Zusammenarbeit von WACKER mit dem Coldplasmatech-Team fiel im Januar 2014 bei einem ersten Treffen. „Die interessante Anwendungsidee und die hohe Motivation der Wissenschaftler haben uns sofort begeistert – und natürlich die ganz neue Anwendung für unsere Silicone“, berichtet Westenberg. Für ihre innovative Auflage, das sogenannte Plasma-Patch, setzen Mahrenholz und seine Kollegen auf zwei unterschiedliche Silicone der Marke SILPURAN® von WACKER.

Wie Plasma heilt - Die Oberfläche einer Wunde ist häufig bakteriell besiedelt. Ein Keimbefall erschwert die Heilungsprozesse zusätzlich. Plasma dagegen kann die verletzte Haut dekontaminieren. Zwischen der Wunde und dem Silicon bildet sich im Gasraum das Plasma aus, eine ionisierte Gasschicht. Die ionisierten Gasschichten dringen bis zum Wundgrund vor. Der natürliche Heilungsprozess wird durch das aktivierte Gas befördert und vom Wundgrund sowie vom Wundrand aus initiiert.

Zum einen nutzen sie ein gelartiges Silicon mit einer hohen Klebrigkeit: Seine Adhäsion sorgt dafür, dass das Plasma-Patch auf der umliegenden gesunden Haut gut haftet. Zum anderen wird ein weicher Siliconkautschuk mit einer trockenen Oberfläche verwendet, der nicht mit der Wundoberfläche verklebt.

In das Silicon, das vor allem auch als Isolator fungiert, sind elektrische Leiterbahnen eingebettet, die mit der notwendigen Energie versorgt werden. Dazu ist das Plasma-Patch mit einem Spannungsgenerator, dem Plasma-Cube, verbunden. Zudem ist die innovative Auflage so konstruiert, dass sich zwischen Wunde und Silicon das Plasma ausbildet. „Mit einer speziellen elektronischen Ansteuerung haben wir es geschafft, das kalte Plasma an der Innenseite der Auflage, also direkt über der Wunde, zu erzeugen“, erklärt Mahrenholz. Die Patienten können dann ganz unkompliziert im Rahmen des regelmäßig stattfindenden Verbandswechsels – geplant sind Einwegartikel – mit dem Plasma-Patch behandelt werden. „Die Therapie wird absolut schmerzfrei sein und nur wenige Minuten dauern“, sagt Güra. Die Patienten verspüren lediglich ein leichtes Kribbeln. Klinische Studien verschiedener Arbeitsgruppen aus München, Göttingen, Berlin und Greifswald mit unterschiedlichen Plasmaquellen haben bereits gezeigt, dass hartnäckige offene Wunden schon nach wenigen Wochen verheilen.

Zahlreiche Auszeichnungen

Mit ihrer innovativen Technologie haben die Greifswalder Wissenschaftler zahlreiche Auszeichnungen gewonnen – darunter den von deutschen Familienunternehmen ausgelobten Gründerpreis „invention“. In diesem Wettbewerb wurden sie zum erfolgreichsten deutschen Gründungsteam 2014 gewählt. Eine Produktionsanlage für die Plasma-Patches im Labormaßstab haben die Wissenschaftler bereits aufgebaut. Derzeit befindet sich die innovative Wundauflage in der finalen Entwicklungsphase. Und wenn alles so gut läuft wie bisher, soll das neuartige Medizinprodukt noch 2015 zur Zertifizierung eingereicht werden – und kann dann nach seiner Zulassung Patienten mit chronischen Wunden Linderung verschaffen.

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