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Medizin

Sepsis: Künstliche „Bio-Milz“ entfernt Bakterien aus dem Blut

Montag, 15. September 2014

/Harvard's Wysss Institute

Cambridge – US-Forscher haben ein Dialysegerät zur Behandlung der Sepsis entwickelt. Die „Bio-Milz“ entfernt mit Hilfe von beschichteten Nanomagneten Krankheitserreger und auch deren Toxine aus dem Blut und rettete laut einer Studie in Nature Medicine (2014; doi: 10.1038/nm.3640) Mäusen mit Sepsis das Leben.

Zu den Aufgaben der Milz gehört die Entfernung von Krankheitserregern aus dem Blut. Dazu wird das Blut in enge Kanäle, die Arteriolen der weißen und danach der roten Pulpa, geleitet, wodurch sich der Blutfluss verlangsamt. Danach muss das Blut feine Poren, Sinusoide, passieren. Dies gibt den in der Milz ansässigen Phagozyten die Gelegenheit, etwaige Bakterien zu vernichten. Diese Aufgabe wird durch Opsonine erleichtert, die ebenfalls von der Milz produziert werden. Die Opsonine binden an der Oberfläche von Bakterien, wodurch diese an den Phagozyten „kleben“ bleiben.

Die Milz ist kein lebensnotwendiges Organ. Doch ohne den Filter im Abdomen können sich Bakterien leicht im Blut vermehren. Menschen ohne Milz sind anfällig für Infektionen. Nach der operativen Entfernung der Milz kommt es nicht selten zu einem OPSI-Syndrom (overwhelming post splenectomy infection), das mit einer hohen Sterblichkeit von 10 bis 30 Prozent einhergeht. Besonders gefährlich sind bekapselte Bakterien wie Haemophilus influenzae B oder Pneumokokken, die das Immunsystem erst nach einer Opsonierung entfernt.

Der zentrale Bestandteil der „Bio-Milz“, die Ingenieure am Wyss Institute der Harvard Universität in Cambridge/Massachusetts entwickelt haben, sind Opsonine, die Bakterien markieren. Die Forscher wählten das normalerweise 650 Kilodalton große MBL-Protein (mannose-binding lectin) aus. Es ist im Körper ein wichtiges Instrument der angeborenen Immunabwehr. Das MBL-Protein verfügt über eine Vielzahl von sogenannten CRD („carbohydrate-recognition domain“), die bestimmte Kohlenhydratmuster erkennen, die für Bakterien typisch sind, beim Menschen allerdings nicht auftreten. Im natürlichen MBL-Protein sind die CRD mit einer Kollagen-Helix verbunden, die die Bindung an Phagozyten (oder andere Komponenten der angeborenen Immunabwehr) vermittelt.

Sie werden in der „Bio-Milz“ nicht benötigt. Dort sind die CRD auf der Oberfläche von kleinen Magnetperlen befestigt, mit deren Hilfe sie aus dem Blut separiert werden. Dies geschieht in einem speziellen Dialysegerät. Dort wird wie in der natürlichen Milz der Blutfluss durch Abzweigungen verlangsamt. Im Zentrum des Gerätes sind die Kapillaren durch kleine Poren mit einem zweiten Kreislauf verbunden, der die Dialysatflüssigkeit enthält. Über diesen Poren sind starke Magnete angeordnet, die die Magnetperlen aus dem Blut ziehen und mit ihnen die Bakterien aus dem Blut entfernen.

Ein Team um Don Ingber, dem Gründer des Wyss-Instituts, hat die „Bio-Milz“ zunächst an Blutproben von gesunden Menschen erprobt. Sie waren zuvor mit Darmbakterien konta­miniert worden, um eine intraabdominale Sepsis nachzustellen. Schon nach einer einma­ligen Dialyse wurden mehr als 98 Prozent der anaeroben und mehr als 80 Prozent der aeroben Bakterien aus dem Blut entfernt.

Darunter waren neben gram-positiven S. aureus und gram-negativen E. coli auch Pilze wie C. albicans, die das angeborene Immunsystem ebenfalls mit MBL-Protein opsonisiert. Die CRD erkennen nicht nur intakte Erreger, sondern auch deren Bestandteile. So entfernte die „Bio-Milz“ auch die Lipopolysaccharide (LPS). Diese Bestandteile aus der äußeren Membran gramnegativer Bakterien sind als Endotoxin gefürchtet, da sie die Sepsissymptome verstärken.

In einem weiteren Experiment wurden lebende Ratten an die „Bio-Milz“ angeschlossen. Die Mischung des Bluts mit den CRD-Magneten löste laut Ingber keine pathologischen Reaktionen aus, und wie in den in vitro-Experimenten wurden binnen einer Stunde mehr als 90 Prozent der S. aureus und E. coli aus dem Kreislauf der Tiere entfernt. Die „Bio-Milz“ schwächte auch die entzündliche Reaktion ab, zu der es bei einer Sepsis kommt und die für die hohe Letalität mit verantwortlich ist. In einer Versuchsreihe erlagen nur 11 Prozent der Tiere der Sepsis gegenüber 85 Prozent in der Kontrollgruppe, in welcher der Blutfilter nicht zum Einsatz kam.

Das Dialyseprinzip könnte laut Ingber auch leicht auf andere Erfordernisse angepasst werden, von der Entfernung von pathologischen Antikörpern bei Autoimmunerkrankungen bis hin zu Ebola-Infektionen (wobei die notwendigen Lektine erst noch ausgewählt, modifiziert und mit dem Nanomagneten gekoppelt werden müssten).

Die Anwendungsgebiete beim Menschen wären sicherlich nicht auf das OPSI-Syndrom beschränkt. Das Gerät könnte im Prinzip bei jeder Sepsis eingesetzt werden, meint Ingber. Ein Vorteil sei, dass die „Bio-Milz“ eine Vielzahl von Erregern erkennt und deshalb sofort ohne mikrobiologische Diagnose eingesetzt werden könnte. Er wäre nicht von Antibiotikaresistenzen betroffen. Ob er allerdings die Behandlungsergebnisse beim Menschen verbessert, bleibt abzuwarten.

Die Prognose von Sepsis-Patienten wird heute oft weniger von den Bakterien bestimmt, die nach einer empirischen Antibiotikabehandlung oft nicht mehr nachweisbar sind, als von einer systemischen Entzündungsreaktion (SIRS). Diese Frage ließe sich nur durch eine klinische Studie klären.

Die technischen Voraussetzungen sind laut Ingber gegeben. Die „Bio-Milz“ ließe sich problemlos an andere extrakorporale Blutkreisläufe anschließen und mit ihnen kombinieren, schreibt der Forscher. Vorher müsste das Gerät jedoch auf die Bedürfnisse und Größenverhältnisse beim Menschen angepasst werden. Es dürften deshalb noch weitere tierexperimentelle Studien notwendig werden. © rme/aerzteblatt.de

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