Das Forscherteam rund um Prof. Dr. Klaus Kümmerer, Experte für nachhaltige Chemie und Ressourcen der Leuphana Universität Lüneburg, entwickelte auf der Basis von Ciprofloxacin einen Wirkstoff, der nach seiner medizinischen Verwendung zerfällt, um so der Ausbreitung von Antibiotika-Resistenzen entgegenzuwirken. 

Seit rund fünf Jahren arbeiten die Forscher nun an einem neuen Wirkstoff – mit Erfolg. Das Forscherteam konnte einen Wirkstoff entwickeln, der durch natürliche Zerfallsprozesse nach der medizinischen Anwendung und Ausscheidung unwirksam ist. Damit der Wirkstoff zerfällt, mussten laut Angaben der Forscher chemische Bindungen so destabilisiert werden, dass sie beim Durchwandern des Körpers im Blut ausreichend stabil sind, um noch zu wirken, danach aber in der Umwelt zerfallen. Keine leichte Aufgabe. Die Forscher mussten zunächst Voruntersuchungen zur Abbaubarkeit vornehmen und die bestehende Wirksubstanz analysieren. Mit Hilfe von Rechenmodellen konnten verschiedene Varianten auf verbesserte biologische Abbaubarkeit und gleichzeitig auf die Abwesenheit unerwünschter toxikologischer Effekte sowie weiterer wichtiger Eigenschaften geprüft werden. Die Moleküle wurden beispielsweise an der aktiven Grundstruktur aber auch an den Seitenketten verändert. Die aussichtsreichsten Varianten wurden im Labor chemisch-synthetisch hergestellt und im Reagenzglas getestet. Nach Angaben der Wissenschaftler funktioniert der daraus entstandene Wirkstoff im Reagenzglas und ist besonders für Arzneimittelhersteller eine Chance, daraus ein Medikament zu entwickeln und so die Ausbreitung von Antibiotika-Resistenzen vorzubeugen.

Immer wieder ist der Einsatz von Antibiotika scharf in der Kritik. Dabei wird besonders die Häufigkeit des Einsatzes von Antibiotika in Frage gestellt und die daraus resultierende Entwicklung resistenter Keime. Ciprofloxacin ist solch ein Antibiotikum, welches häufig bei bakteriellen Infektionen wie beispielsweise einer Blasenentzündung verschrieben wird. Laut Angaben des Forscherteams werden von Ciprofloxacin beachtliche 33 Tonnen pro Jahr allein in Deutschland in der Human- und Tiermedizin eingesetzt. Hat das Antibiotikum seine Wirkung erfüllt, wird es ausgeschieden und gelangt weitgehend unverändert in die Umwelt.

Die Folgen sind fatal. So haben bereits kleine Konzentrationen einen erheblichen Einfluss auf das Ökosystem und können zur Selektion resistenter Bakterien beitragen. Glänzt Ciprofloxacin einerseits durch eine breite Wirkung, ist es andererseits besonders schwer abbaubar. So gelangt es beispielsweise in das Abwasser von Krankenhäusern sowie durch die Einnahme Zuhause auch in das häusliche Abwasser. Über die Landwirtschaft dringt es in die Böden ein und kann von dort in das Oberflächen- und Grundwasser geraten. Für das Forscherteam Grund genug einen entscheidenden Schritt in Richtung grüne Pharmazie zu gehen, denn der Bedarf an abbaubaren Arzneimittelwirkstoffen ist laut Angaben der Wissenschaftler groß. So entstand das Konzept „benign by design“, was so viel heißt wie: „gutartig per design“.

Das Forschungsprojekt wurde seit 2014 mit rund einer halben Millionen Euro durch die Deutsche Bundesstiftung Umwelt (DBU) gefördert.

Mein Fazit

Das Forscherteam hat einen mutigen und richtigen Schritt gewagt – dafür vorneweg ein großes Kompliment. Der Einsatz von Antibiotikum ist manchmal unerlässlich und kann Leben retten, dass steht außer Frage. Ob und wann der Einsatz von Antibiotikum gerechtfertigt ist, können nur Experten richtig beurteilen. Und trotzdem hat Antibiotikum in der Häufigkeit seiner Anwendung auch einen erheblichen und leider negativen Einfluss auf unsere Umwelt. Deshalb finde ich es gut und gerechtfertigt, dass sich das Forscherteam diesem herausfordernden Thema gestellt und gleichzeitig gezeigt hat, dass es grundsätzlich möglich ist, einen Wirkstoff herzustellen, welcher nach seiner Anwendung im menschlichen Organismus zerfällt und somit auch keinen weiteren Einfluss auf die Umwelt hat. Ob und wie sich dieser Wirkstoff auf dem großen Arzneimittelmarkt in Zukunft behaupten kann und ob noch weitere Wirkstoffe dieser Art hinzukommen lässt sich heute schwer abschätzen. Der erste Schritt in die richtige Richtung ist aber getan.

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Herzklappen aus dem 3D-Drucker – klingt verrückt, ist aber so!

Vier Verbundpartner arbeiten gemeinsam an einem vom  BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung) geförderten Forschungsprojekt und entwickeln die Herzklappen der Zukunft. Diese kommen nämlich irgendwann aus einem 3D-Drucker.

Das wichtigste Werkzeug eines Herzchirurgs sind seine Hände.  Das Fingerspitzengefühl der Chirurgen rettet vielen Menschen täglich das Leben. Ärzte tasten, fühle, schneiden, nähen, spritzen und das alles mit ihren Händen. Wie cool wäre es dann erst für Chirurgen, wenn sie vor der OP, die Herzklappen ihrer Patienten als 3D-Modell anfassen können, um sich damit auf den Eingriff vorzubereiten?

Herzklappen der Zukunft.

Die Herzklappen der Zukunft sollen aus 3D-Druckern hergestellt werden und zwar in Form von haptischen Kunststoff-Modellen. Um diese Zukunftsvision in die Realität umsetzten zu können, arbeitet seit 2016 ein interdisziplinäres Team zusammen:

• Tomtec Imaging Systems
• Technische Universität München (Lehrstuhl für Mikrotechnik und Medizingerätetechnik und die Arbeitsgruppe Kardiovaskuläre Bildgebung)
• Ludwig-Maximilian Universität München (Herzchirurgie)
• Arburg GmbH & Co. KG

Gemeinsam arbeiten die oben genannten Unternehmen und universitären Einrichtungen an der Vision der 3D-Herzklappe. Diese soll relativ schnell „ausgedruckt“ werden können. So erhält man ein Planungsmodell, mit dem sich der Chirurg ideal auf die Durchführung der bevorstehenden Operation vorbereiten kann. Des Weiteren erwartete sich das Team auch bessere Therapieergebnisse durch die neuartige Herstellung der Herzklappen.

„Der plastische 3D-Druck der Herzklappe hat etwas Magisches – ich schaue damit quasi in die Zukunft, indem ich die individuelle Herzklappe meines Patienten schon in der Hand halte, bevor ich mit der Operation beginne“, so der Herzchirurg Prof. Dr. Ralf Sodian. [1]

Hand aufs Herz

Seien wir mal ehrlich. 3D-Drucke sind schon seit Jahren keine Science-Fiction mehr. In immer mehr Bereichen findet der 3D-Druck seine Anwendung. Wenn man auf Basis eines Ultraschallbildes in Zukunft 3D-Modelle drucken kann, mit denen sich Herzchirurgen auch haptisch besser auf die OP vorbereiten können, warum denn nicht? So lässt sich die Anatomie des Herzens viel leichter verstehen und veranschaulichen und wer weiß, vielleicht werden so in Zukunft noch viel mehr Menschenleben gerettet.

Mein Fazit

Da ich als kleines Mädchen schon immer den Traum hatte Ärztin zu werden, finde ich das 3D-Modell der Herzklappe eine richtig coole Sache! Ich bin gespannt wann es soweit ist, dass die Teile vor allen Herzklappen-OPs als Vorbereitungsmodell für die Ärzte erstellt werden.

[1] Schäfer, Kathrin: „Individuelle Herzklappenmodelle aus dem 3D-Drucker“, unter https://www.devicemed.de/individuelle-herzklappenmodelle-aus-dem-3d-drucker-a-604605/ (abgerufen am 18.04.2018)

Anmerkung: Foto Tomtec, [1]

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