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Samstag, 03.12.2016
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Gasgetriebene Minifähren gegen Blutungen

Sprudelnde Partikel schwimmen gegen den Strom und lassen das Blut schneller gerinnen

Sprudelnde Lebensretter: Forscher haben ein neuartiges Mittel gegen schwere Blutungen entwickelt. Es besteht aus winzigen Partikeln, die von Gasbläschen angetrieben, selbstständig stromaufwärts in Wunden und verletzte Ader einwandern. Der Clou dabei: Werden diese Partikel mit Gerinnungsmitteln beladen, stoppen sie selbst schwere Blutungen, wie Versuche mit Mäusen und Schweinen ergaben.
Ein Kalziumkarbonat-Partikel gibt Gasblasen ab und bewegt sich dadurch vorwärts.

Ein Kalziumkarbonat-Partikel gibt Gasblasen ab und bewegt sich dadurch vorwärts.

Unkontrollierte Blutungen sind lebensgefährlich. Lassen sie sich nicht rechtzeitig stillen, droht der Patient am Blutverlust zu sterben. Das Problem dabei: Gerade bei starker Blutung werden gerinnungshemmende Mittel einfach weggespült, hier hilft daher meist nur simpler Druck, bis die Ader abgeklemmt oder genährt werden kann. Auch ein erst vor kurzem entwickelter Biopolymer-Schaum kann helfen, das Blut mechanisch zu stoppen.

James Baylis von der University of British Columbia und seine Kollegen haben nun jedoch ein noch raffinierteres System ausgetüftelt: Mikropartikel, die gegen den Blutstrom schwimmen und Gerinnungshemmer oder andere Medikamente tief in die Wunde oder sogar in die Adern transportieren.

CO2-Bläschen als Antrieb


Die Mikropartikel bestehen aus etwa zehn Mikrometer kleinen Kalziumkarbonat-Teilchen (CaCO3), die mit Tranexamsäure versetzt werden, einer Substanz, die in der Medizin schon länger zur Blutstillung eingesetzt wird. Kommen diese Kombiteilchen mit Wasser oder Blut in Kontakt, reagiert die Säure mit dem Kalziumkarbonat und die Partikel beginnen zu sprudeln: Sie geben gasförmiges Kohlendioxid ab.


Raster-Elektronenmikroskop-Aufnahme eines blutstillende Mikropartikels

Raster-Elektronenmikroskop-Aufnahme eines blutstillende Mikropartikels

Und genau das ist der Clou: Das austretende Gas wirkt wie ein kleiner Rückstoß-Motor. "Die von der Produktion der Gasblasen verursachte Konvektion, kombiniert mit dem Auftrieb der Bläschen, transportiert die Partikel vorwärts", erklären Baylis und seine Kollegen. Experimente zeigten, dass dieser Schub ausreicht, um selbst in einem Gegenstrom von drei Millimetern pro Sekunde vorwärts zu kommen.

Minifähren für gerinnungsförderndes Thrombin


Um diese Minipartikel zum Blutstiller zu machen, beluden die Forscher sie mit dem Gerinnungsmittel Thrombin. Setzten sie nun die Partikel an den Anfang eines blutgefüllten Röhrchens, sprudelten sich die Teilchen durch das Blut hindurch und lösten gleichzeitig die Blutgerinnung im Inneren der künstlichen Ader aus – viermal schneller als bei Gabe von Thrombin pur.

Der Vorteil daran: "Wenn wir das Thrombin nur mit passiven Teilchen vor das Röhrchen gaben, bildete sich ein Blutpfropf nur an dessen Ausgang und wurde daher schnell vom Blut weggespült", berichten die Forscher. Genau dieser Effekt macht die Blutstillung bei starken Blutungen so schwer. Weil aber die gasgetrieben Partikel das Thrombin weiter in die Ader hinein transportieren, bildet sich ein Pfropf weiter innen im Gefäß. Er ist daher stabiler verankert und bleibt erhalten.

Erfolgreich bei Mäusen und Schweinen


Das Ganze funktioniert auch bei echten Wunden, wie Versuche mit Mäusen und Schweinen belegen. Schnitten die Forscher Mäusen ein kleines Stück von der Schwanzspitze ab, stillten die gasgetriebene Minipartikel die Blutung deutlich schneller als bei Kontrolltieren. Die Partikelbehandlung war zudem ungiftig und verlief für die Tiere ohne schädliche Nebenwirkungen, wie die Forscher betonen.

Schweinen retteten die Partikel sogar das Leben: Nach einer Verletzung der Oberschenkelarterie ließ sich die starke Blutung stillen, wenn eine mit den thrombinbeladenen Partikeln getränkte Kompresse aufgelegt wurde. Nutzten die Forscher dagegen nur eine normale Kompresse mit Thrombin, starben drei von fünf Schweinen.

Bei Operationen oder Unfällen einsetzbar


"Dies belegt, dass das System funktioniert", sagen die Forscher. "Die selbstständig angetriebenen Partikel stoppen die Blutung und liefern erfolgreich ein Gerinnungsenzym in die verletzten Gefäße." Diese gasgetriebene Partikel können daher ihrer Meinung nach auch in der Medizin problemlos eingesetzt werden – beispielsweise bei Operationen, bei Wunden nach schweren Unfällen oder bei starken Nachblutungen nach der Geburt eines Kindes.

Doch die Minipartikel können noch mehr, wie Baylis und seine Kollegen betonen: "In dieser Arbeit haben wir uns darauf konzentriert, Blutstiller mit den Partikeln zu transportieren, weil schwere Blutungen eine der Hauptursachen für Todesfälle bei jungen Menschen weltweit sind", so die Forscher. Doch die Teilchen können auch als Fähren für andere Wirkstoffe eingesetzt werden, beispielsweise um Medikamente zu Krebstumoren zu bringen oder in Organen zu verteilen. (Science Advances, 2015; doi: 10.1126/sciadv.1500379)
(AAAS, 05.10.2015 - NPO)
 
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