18.06.2025 – Offizielle Bekanntmachung:
Von Prof. Dr. Hortense Slevogt
Leiterin der Forschergruppe „Respiratory Infection Dynamics“
Kaltplasma in der klinischen Forschung: Studien zur Prävention und Behandlung der ventilatorassoziierten Pneumonie
Wir freuen uns sehr, gemeinsam mit dem renommierten Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung an zwei bedeutenden klinischen Studien zur Anwendung von Kaltplasma mitzuwirken. Ziel dieser Studien ist es, den präventiven und therapeutischen Einsatz von physikalisch-aktiviertem Plasma bei ventilatorassoziierter Pneumonie (VAP) – einer der häufigsten und gefährlichsten Komplikationen in der Intensivmedizin – umfassend zu untersuchen.
Die Studien werden geleitet von Prof. Dr. Slevogt, einer führenden Expertin auf dem Gebiet der Infektionsforschung und Lungenmedizin.
Im Rahmen eines gemeinsamen Treffens vor Ort im Helmholtz-Zentrum in Braunschweig erhielten wir Einblicke in den aktuellen Stand der Forschung sowie in die Labore, in denen unsere Technologie getestet wird. Die bisher vorliegenden Ergebnisse sind äußerst vielversprechend: Kaltplasma zeigt ein hohes Potenzial zur Reduktion bakterieller und viraler Belastungen und zur präventiven Behandlung beatmungsbedingter Infektionen.
Diese Forschungskooperation stellt für uns einen wichtigen Meilenstein dar – sowohl in der Weiterentwicklung unserer Technologie als auch im Hinblick auf die evidenzbasierte Anwendung in der klinischen Praxis.
Eine nosokomiale Infektion liegt vor, wenn „auf das Vorhandensein von Mikroorganismen oder ihrer Toxine lokale oder systemische Infektionszeichen hervorgerufen werden und die Infektion bei Aufnahme in das Krankenhaus noch nicht bestanden hat oder in der Inkubationsphase war“. So definiert das Nationale Referenzzentrum für Surveillance am Robert-Koch-Institut eine nosokomiale Infektion.
Insgesamt werden in Deutschland jährlich 19,2 Millionen Patienten stationär behandelt. Nosokomiale Infektionen treten bei 400.000 bis 600.000 Patienten pro Jahr auf, von denen 10.000 bis 15.000 Infektionen zum Tode führen. Nicht zu vernachlässigen ist der große Anteil von ca. 60.000 nosokomialen Infektionen pro Jahr auf den Intensivstationen.
Die häufigste nosokomiale Infektion auf Intensivstationen ist die beatmungsassoziierte Pneumonie. Diese wird als beatmungsassoziierte Pneumonie definiert, wenn die Pneumonie unter Beatmung auftritt und die Beatmungsdauer eines Patienten mindestens 48 Stunden beträgt. Die Folgen sind eine verlängerte Beatmungsdauer von durchschnittlich 10 Tagen, ein längerer Intensivstationsaufenthalt von durchschnittlich 6 Tagen und ein verlängerter Krankenhausaufenthalt von durchschnittlich 11 Tagen. Daraus entstehen zum einen zusätzliche Risiken für die Patienten und zum anderen höhere Kosten für Kliniken und Krankenkassen. Im Vergleich zu anderen Krankenhausinfektionen ist die beatmungsassoziierte Pneumonie die am häufigsten tödlich verlaufende nosokomiale Infektion, obwohl ein Zusammenhang mit steigender Letalität bislang nicht eindeutig festgestellt werden konnte.
Beatmungsassoziierte Pneumonien
Der Killer in der Intensivmedizin
Beatmungsassoziierte Pneumonien (VAP) sind Infektionen der Atemwege, die frühestens 48h nach dem Beginn einer maschinellen Beatmung auftreten. Sie sind eine der häufigsten und gefährlichsten Komplikationen der maschinellen Beatmung. Die durchschnittliche Beatmungszeit beträgt 164 Stunden.
Eine VAP kann eine Autoinfektion mit Keimen aus dem Gastrointestinaltrakt des Patienten oder eine exogene Infektion mit Keimen aus der unmittelbaren Patientenumgebung sein. Das Erregerspektrum ist breit und umfasst vor allem gram-negative Bakterien. Mit der Zeit können die Keime in die unteren Atemwege gelangen und können bei entsprechender Menge und Virulenz zu einer VAP führen.
In großangelegten Studien ist man zu dem Ergebnis gekommen, dass etwa 10 % der beatmeten Patienten eine VAP entwickeln. Der Krankenhausaufenthalt wird dabei um 6-9 Tage verlängert, was wiederum das Risiko für weitere nosokomiale Infektionen insbesondere mit multiresistenten Erregern (MRE) steigen lässt. Die Mortalität im Zusammenhang mit VAP wird auf 10-15 % geschätzt und ist somit höher als bei den chirurgischen Intensivpatienten.
Aktuelle Maßnahmen zur Vorbeugung von beatmungs-assoziierten Pneumonien sind nur bedingt wirksam; es fehlen effektive und nachhaltig wirksame Methoden, welche das Risiko für das Auftreten einer VAP für die Intensivpatienten senken. Als neue Innovation in der Intensivmedizin, soll mit dem PulmoPlas die in der Wundbehandlung etablierte Plasma-Technologie, für diesen Anwendungsbereich eröffnet und so die effektive Prävention von VAP durch eine Verbesserung der Mund-/Rachenhygiene erreicht werden.
Medizinische Anwendungsbereiche
Zukünftige klinische Anwendung bei Intensivpatienten
- Kann an den mechanischen Beatmungsschlauch angeschlossen, über einen Tubus in den Mund eingeführt oder über eine Maske inhaliert werden
- Anwendung benötigt weniger als 6 Minuten
- Kaltes Plasma ist schmerzfrei in der Anwendung
- Kaltes Plasma kann im Gegensatz zu flüssigen Antiseptika jede Position in den oberen Atemwegen erreichen
- Kaltes Plasma ermöglicht einen reduzierten Einsatz von Antibiotika und verringert somit die Belastung des Patienten
- Kaltes Plasma ist eine physikalische Behandlungsmethode ohne Nebenwirkungen und Resistenzbildungen, die beim Einsatz pharmazeutischer Produkte häufig auftreten
Die Studienergebnisse sollen zeigen:
- Kaltes Plasma kann Lungenentzündungen verhindern
- Kaltes Plasma kann Bakterien, MRSA-Keime, Viren und Pilze in den Atemwegen zerstören
- Kaltes Plasma kann die Überlebenschancen von Intensivpatienten erhöhen
- Kaltes Plasma kann die künstliche Beatmungszeit von Intensivpatienten verkürzen
- Kaltes Plasma kann die Auslastung der Intensivstation reduzieren
- Kaltes Plasma kann die Mortalitätsrate durch eine VAP senken
Beatmungsassoziierte Pneumonien
Mortalitätsrate reduzieren
Eine beatmungsassoziierte Pneumonie ist eine Lungenentzündung, die sich mindestens 48 Stunden nach einer endotrachealen Intubation entwickelt oder innerhalb von 48 Stunden nach der Extubation. Die beatmungsassoziierte Pneumonie ist eine Untergruppe der im Krankenhaus erworbenen Pneumonie, zu der auch die Pneumonie bei stationären Patienten gehört, die nicht mechanisch beatmet werden. Bei der beatmungsbedingten Pneumonie treten häufig mehr resistente Krankheitserreger auf und die Prognose ist schlechter als bei anderen Formen der im Krankenhaus erworbenen Pneumonie.
Ätiologie der ventilatorassoziierten Pneumonie
Die häufigste Ursache der beatmungsassoziierten Pneumonie ist eine Mikroaspiration von Bakterien, die den Oropharynx und die oberen Atemwege von schwerkranken Patienten besiedeln. Kaltplasma kann diese Bakterien innerhalb von Minuten zerstören.
Risikofaktoren
Die endotracheale Intubation ist der Hauptrisikofaktor für eine beatmungsassoziierte Pneumonie. Eine endotracheale Intubation durchbricht die Abwehrmechanismen der Atemwege, behindert das Abhusten und die mukoziliäre Clearance, und erleichtert die Mikroaspiration von bakterienhaltigen Sekreten, die sich oberhalb der aufgeblasenen Blockung des Tubus sammeln.
Darüber hinaus bilden Bakterien einen Biofilm auf und im Trachealtubus, der sie vor Antibiotika und Abwehrmechanismen ihres Wirtes schützt. Das höchste Risiko einer beatmungsassoziierten Pneumonie besteht in den ersten 10 Tagen nach der Intubation. Eine beatmungsassoziierte Pneumonie tritt bei bis zu 37% der mechanisch beatmeten Patienten auf. Zwischen 10 und 15 % davon versterben.
Pathogene Erreger
Die auslösenden Erreger und Antibiotikaresistenzen variieren signifikant zwischen verschiedenen Einrichtungen und können auch innerhalb einer Klinik raschen Änderungen unterworfen sein (z. B. von Monat zu Monat). Lokale Antibiogramme auf institutioneller Ebene, die regelmäßig aktualisiert werden, sind für die Bestimmung einer geeigneten empirischen Antibiotikatherapie unerlässlich. Die wichtigsten Erreger sind im Allgemeinen:
- Pseudomonas aeruginosa
- Methicillin-sensitiver Staphylococcus aureus
- Methicillin-resistenter S. aureus (MRSA)
Weitere wichtige Pathogene umfassen gramnegative Darmbakterien (hauptsächlich Enterobacter species, Klebsiella pneumoniae, Escherichia coli, Serratia marcescens, Proteus species und Acinetobacter species).
Methicillin-sensitive S. aureus, Streptococcus pneumoniae und Haemophilus influenzae sind am häufigsten bei Pneumonien beteiligt, die sich innerhalb von 4–7 Tagen nach stationärer Aufnahme entwickeln, während P. aeruginosa, MRSA und gramnegative Darmbakterien mit zunehmender Intubations- oder Krankenhausaufenthaltsdauer immer häufiger ursächlich werden.
Eine vorangegangene intravenöse Antibiotikabehandlung (innerhalb der letzten 90 Tage) erhöht die Wahrscheinlichkeit von antibiotikaresistenten Organismen, insbesondere von MRSA- und Pseudomonas-Infektionen bei beatmungsassoziierter Pneumonie erheblich. Die Infektion mit einem resistenten Organismus erhöht die Mortalität und Morbidität deutlich. Weitere Risikofaktoren für antibiotikaresistente Organismen, die spezifisch für beatmungsbedingte Pneumonie sind, umfassen
- Septischer Schock zum Zeitpunkt der beatmungsassoziierten Pneumonie
- Akutes Atemnotsyndrom, das der beatmungsbedingten Pneumonie vorausgeht
- Krankenhausaufenthalt ≥ 5 Tage vor dem Auftreten einer beatmungsassoziierten Pneumonie
- Akute Nierenersatztherapie vor dem Auftreten einer beatmungsassoziierten Pneumonie
Beatmungsassoziierte Pneumonie (VAP)
486.000 mechanisch beatmete Intensivpatienten pro Jahr und viele tausend Tote
Angesprochenes Problem und Versorgungsbedarf
Die beatmungsassoziierte Pneumonie (VAP) ist eine schwerwiegende Komplikation bei Patienten, die mechanisch beatmet werden, und tritt besonders häufig auf Intensivstationen (ICU) auf. VAP erhöht die Morbidität, die Mortalität und die Kosten des Gesundheitswesens erheblich, sodass ein dringender Bedarf an innovativen, präventiven und therapeutischen Strategien besteht. Herkömmliche Antibiotikabehandlungen verlieren aufgrund des zunehmenden Problems der Antibiotikaresistenz an Wirksamkeit, was die Notwendigkeit neuartiger, nicht-antibiotischer Lösungen unterstreicht.
Relevanz des Projekts
Das Hauptanliegen dieses Projekts ist die Vorbeugung und Behandlung von VAP bei mechanisch beatmeten Patienten mithilfe von kaltem atmosphärischem Plasma (CAP). Dieser Ansatz zielt auf die Ausrottung von Krankheitserregern und die Stabilisierung des Mikrobioms der Atemwege ab, ohne dabei auf Antibiotika zurückzugreifen. Die Hauptnutznießer sind schwer kranke Patienten, bei denen sich die Infektionsraten verringern, die Verweildauer auf der Intensivstation verkürzt und die Überlebenschancen verbessert werden. Darüber hinaus profitieren die Gesundheitssysteme von niedrigeren Behandlungskosten und einem geringeren Antibiotikaverbrauch, wodurch die Entwicklung antibiotikaresistenter Stämme eingedämmt wird.
Internationaler Stand der Technik und Grad der Innovation
Die derzeitige moderne Behandlung von VAP umfasst in erster Linie eine Antibiotikatherapie und Maßnahmen zur Infektionskontrolle, die aufgrund der zunehmenden Antibiotikaresistenz an ihre Grenzen stoßen. CAP ist eine aufstrebende Technologie mit nachgewiesenen antimikrobiellen Eigenschaften in verschiedenen medizinischen Anwendungen, wie Wundheilung und Onkologie. Ihre Anwendung in der Beatmungsmedizin, insbesondere bei der VAP-Prävention und -Behandlung, ist jedoch noch wenig erforscht. Unser Projekt zielt darauf ab, diese Lücke durch die Entwicklung und Optimierung von CAP-Protokollen für den Einsatz im Atemtrakt zu schließen.
Innovation und Wertschöpfung
Unser Ansatz geht über den Stand der Technik hinaus, indem er eine neuartige, nicht antibiotische Methode zur Prävention und Behandlung von VAP einführt. CAP bietet einen doppelten Nutzen: Es tötet die Erreger direkt ab und moduliert das Mikrobiom des Wirts, wodurch die Resistenz gegen die Kolonisierung erhöht wird. Dieser vielschichtige Mechanismus bietet einen erheblichen Vorteil gegenüber bestehenden Lösungen, die sich in erster Linie auf die alleinige Abtötung von Krankheitserregern konzentrieren. Durch die Verringerung der Abhängigkeit von Antibiotika kann CAP dazu beitragen, die Ausbreitung von Antibiotikaresistenzen einzudämmen und eine nachhaltige langfristige Lösung für die Infektionskontrolle auf Intensivstationen zu bieten.
Technologie und Vorarbeiten (PL2-5)
Unsere Technologie umfasst die Anwendung von CAP auf das Atmungssystem unter Verwendung fortschrittlicher Zellkulturmodelle, einschließlich primärer Lungenepithelzellen, induzierter pluripotenter Stammzellen (iPSCs) und präzisionsgeschnittener Lungenscheiben. Vorläufige Arbeiten auf PL2-Ebene haben die Durchführbarkeit des Konzepts bewiesen, einschließlich erster Sicherheitsbewertungen und Tests der bakteriziden Kapazität. Unsere nächsten Schritte umfassen die Optimierung der Parameter für die CAP-Anwendung (PL3), weitere Sicherheitsbewertungen (PL4) und die Vorbereitung auf präklinische Studien (PL5).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass dieses Projekt darauf abzielt, die Vorbeugung und Behandlung von VAP mit CAP zu revolutionieren, indem es eine höchst innovative Lösung mit erheblichen klinischen und wirtschaftlichen Vorteilen bietet.
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