BMBF fördert europäisches Verbundprojekt zur biotechnologischen Herstellung von Chitosanen

Krabbenschalen liefern wertvolle Rohstoffe: sogenannte Chitosane. Diese Zuckerverbindungen können Pflanzen vor Krankheiten schützen oder helfen Menschen, die Verbrennungen erlitten haben, ihre Wunden zu heilen. Ein Haken daran: Die Wirksamkeit ist nicht immer gleich gut. In einem neuen europäischen Verbundprojekt wollen Wissenschaftler Chitosane produzieren, die zuverlässig wirken. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die beiden deutschen Partner des Projekts »ChitoBioEngineering« im Rahmen der »Industrial Biotechnology Initiative« des Europäischen Forschungsraumes in den kommenden drei Jahren mit insgesamt fast 900.000 Euro. Initiator und Koordinator des Projekts ist Prof. Dr. Bruno Moerschbacher vom Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster.

Bruno Moerschbacher hat langjährige Erfahrung in der Optimierung von Chitosanen. Der Biotechnologe betont: »Mit diesem Projekt beginnen wir eine neue spannende Phase unserer Forschung. Statt das Chitosan umständlich und mit harschen chemischen Methoden aus Krabbenschalen zu extrahieren, wollen wir es in Zukunft biotechnologisch in Fermentern produzieren. Davon wird vor allem die Entwicklung von biomedizinischen Anwendungen enorm profitieren.«

Chitosane sind eine Familie von komplexen Zuckermolekülen, die eine Vielzahl von potenziell hochinteressanten biologischen Aktivitäten besitzen. So werden Pflanzen resistent gegen Krankheitserreger, wenn man sie mit Chitosan behandelt, und selbst schlimme Verbrennungswunden können unter Chitosanverbänden schnell, schmerzfrei und ohne Narbenbildung heilen. »Leider funktioniert das nicht immer zuverlässig. Ich vermute schon lange, dass dies an der strukturellen Vielfalt von Chitosanen liegt«, erklärt Bruno Moerschbacher. »Anscheinend ist ein ganz bestimmtes Chitosan für eine bestimmte biologische Aktivität verantwortlich, während andere Chitosane bei der gleichen Anwendung inaktiv sind. Wir müssen daher zunächst die Wirkweise genau verstehen, bevor wir diese Zuckermoleküle effektiv und zuverlässig einsetzen können.«

Die Projekte der Arbeitsgruppe von Professor Moerschbacher zielten in den vergangenen Jahren überwiegend darauf, eine biochemische Untersuchungsmethode für die verschiedenen Chitosane zu entwickeln. In dem neuen Projekt wollen die münsterschen Forscher jetzt beginnen, definierte Chitosane gezielt zu produzieren. Sie wollen sich dabei der gleichen Werkzeuge bedienen, die auch Organismen bei der Produktion von Chitosanen einsetzen: einem Enzym, das Chitin produziert, und einem zweiten, das Chitin zu Chitosan weiterverarbeitet. Dazu wird die münstersche Arbeitsgruppe mit universitären Partnern aus Barcelona in Spanien und Gent in Belgien kooperieren.

Die Münsteraner haben bereits eine Vielzahl geeigneter Enzyme aus verschiedenen Organismen isoliert und charakterisiert. Sie arbeiten nun mit den Projektpartnern Hand in Hand: Die Spanier sind Experten in der Optimierung der Enzyme, um ganz bestimmte Chitosane mit den gewünschten biologischen Eigenschaften zu erhalten. Die Belgier verbessern jene Bakterienstämme, in denen die Chitosane letztlich produziert werden sollen, um so eine möglichst gute Ausbeute an hoch reinen Chitosanen zu erzielen. Zwei industrielle Partner werden den Transfer der Technologie aus der Universität in die Industrie unterstützen: Eine belgische Firma in Gent ist für die Übertragung der biotechnologischen Produktion vom Labor- in den Industriemaßstab zuständig. Eine deutsche Firma in Halle, die bisher chemisch produzierte Chitosane weltweit vermarktet, will ihr etabliertes Kundennetzwerk nutzen, um den Erfolg der biotechnologisch hergestellten Chitosane in realen Anwendungen zu testen.

»Wir kommen damit einer biomedizinischen Nutzung dieses natürlichen komplexen Zuckers einen entscheidenden Schritt näher«, betont Dr. Stephan Kolkenbrock, der das münstersche Teilprojekt leiten wird. Die indische Doktorandin Shoa Naqvi, Stipendiatin des Deutschen Akademischen Austausch-Dienstes in der münsterschen Arbeitsgruppe, freut sich: »In Indien gibt es viele Menschen, die sich teure Medizin nicht leisten können. Und es gibt dort oft Kinder mit schlimmen Verbrennungen. Ich hoffe, dass unsere Forschung auch ihnen in Zukunft helfen kann.«

Weitere Informationen:
http://www.uni-muenster.de/Biologie.IBBP/agmoerschbacher/index.html AG Prof. Moerschbacher

Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) als spezielle Form der Wärmestrahlung mit hohem Eindringvermögen in das Gewebe bei geringer thermischer Oberflächenbelastung kann die Heilung akuter und chronischer Wunden verbessern. wIRA steigert Temperatur (+2,7°C in 2 cm Gewebetiefe) und Sauerstoffteildruck im Gewebe (+32 % in 2 cm Gewebetiefe) sowie die Gewebedurchblutung. Diese drei Faktoren sind entscheidend für eine ausreichende Versorgung des Gewebes mit Energie und Sauerstoff und deshalb auch für Wundheilung und Infektionsabwehr. wIRA wirkt sowohl über thermische (auf Wärmeenergieübertragung bezogene) und temperaturabhängige als auch über nicht-thermische und temperaturunabhängige Effekte.

In einer zweisprachigen Übersichtsarbeit, die gerade am 16.12.2009 in der elektronischen Fachzeitschrift »GMS Krankenhaushygiene Interdisziplinär« innerhalb des e-Portals »German Medical Science« der AWMF (Arbeitsgemeinschaft der Wissenschaftlichen Medizinischen Fachgesellschaften) erschienen ist, werden die Wirkprinzipien von wIRA und die Ergebnisse von u.a. 6 wissenschaftlichen Studien mit wIRA erörtert.

wIRA vermag Schmerzen deutlich zu mindern (ausnahmslos bei 230 Bestrahlungen) mit bemerkenswert niedrigerem Schmerzmittelbedarf (52 – 69 % niedriger in den Gruppen mit wIRA verglichen mit den Kontrollgruppen) und eine erhöhte Wundsekretion und Entzündung herabzusetzen sowie positive immunmodulierende Effekte zu zeigen.
Die Gesamtbeurteilung des Effekts der Bestrahlung wie auch die Wundheilung und das kosmetische Ergebnis (erhoben mittels visueller Analogskalen) waren in der Gruppe mit wIRA wesentlich besser verglichen mit der Kontrollgruppe.

wIRA kann sowohl bei akuten als auch bei chronischen Wunden einschließlich infizierter Wunden die Wundheilung beschleunigen oder bei stagnierender Wundheilung verbessern.
So wurde eine Abnahme der Wundfläche im Median um 90 % bei schwerbrandverletzten Kindern bereits nach 9 Tagen in der Gruppe mit wIRA – verglichen mit 13 Tagen in der Kontrollgruppe – erreicht.
Bei zuvor nicht-therapierbaren chronischen venösen Unterschenkelgeschwüren kam es mit wIRA zu einem kompletten Wundschluss und zu einer Normalisierung des thermographischen Bildes. Die beigefügte Abbildung zeigt den erfolgreichen Heilungsverlauf eines chronischen venösen Unterschenkelgeschwürs unter Therapie mit wIRA. In einer Studie mit chronischen venösen Unterschenkelgeschwüren wurden mit wIRA im Durchschnitt 18 Tage verglichen mit 42 Tagen ohne wIRA bis zum kompletten Wundschluss benötigt.

Nach großen Bauchoperationen zeigte sich ein Trend zugunsten der wIRA-Gruppe hin zu einer niedrigeren Rate von Wundinfektionen insgesamt (7 % verglichen mit 15 %) einschließlich später Infektionen nach der Entlassung aus dem Krankenhaus (0 % verglichen mit 8 %) und ein Trend hin zu einem kürzeren postoperativen Krankenhausaufenthalt (9 Tage verglichen mit 11 Tagen).
Selbst der normale Wundheilungsprozess kann mit wIRA verbessert werden.
Die erwähnten Effekte wurden in 6 prospektiven Studien belegt, die meisten mit einem »Evidenzgrad« von Ia/Ib.
wIRA stellt eine wertvolle Therapieoption dar und kann generell für die Therapie von akuten und chronischen Wunden empfohlen werden.

Veröffentlichung (zweisprachig):
Hoffmann G. Water-filtered infrared-A (wIRA) in acute and chronic wounds [review]. Wassergefiltertes Infrarot A (wIRA) bei akuten und chronischen Wunden [Übersichtsarbeit].
GMS Krankenhaushyg Interdiszip. 2009;4(2):Doc12.
DOI: 10.3205/dgkh000137
URN: urn:nbn:de:0183-dgkh0001373
Online verfügbar unter: http://www.egms.de/pdf/journals/dgkh/2009-4/dgkh000137.pdf (PDF, ca. 15 MB) und http://www.egms.de/en/journals/dgkh/2009-4/dgkh000137.shtml (shtml).

Kontaktadressen für wIRA bei akuten Wunden/Operationswunden:

PD Dr. med. Mark Hartel
Technische Universität München, Klinik für Chirurgie
Ismaninger Strasse 22, 81675 München
Tel: 089-4140-5099
Mark.Hartel@chir.med.tu-muenchen.de

Prof. Dr. med. Ulrich Finke
Sankt Katharinen-Krankenhaus, Chirurgische Klinik
Seckbacher Landstrasse 65, 60389 Frankfurt am Main
Tel: 069-4603-1430, Fax: 069-4603-1429
Ulrich.Finke@sankt-katharinen-ffm.de

Kontaktadresse für wIRA bei urologischen Operationswunden:

Prof. Dr. med. U.W. Tunn
Klinikum Offenbach, Klinik für Urologie
Starkenburgring 66, 63069 Offenbach am Main
Tel: 069-8405-3840, Fax: 069-8405-4080
Tunn@em.uni-frankfurt.de oder uw@tunn.de

Kontaktadresse für wIRA bei Verbrennungswunden:

Dr. med. Peter Illing
Kinderkrankenhaus Park Schönfeld, Kinderchirurgische Abteilung
Frankfurter Strasse 167, 34121 Kassel
Tel: 0561-9285-124, Fax: 0561-9285-230
P.Illing@park-schoenfeld.de

Kontaktadressen für wIRA bei chronischen Wunden und speziellen dermatologischen Problemen (z.B. Morphea):

Dr. med. Verena von Felbert
RWTH Aachen, Universitätsklinik, Klinik für Dermatologie
Pauwelsstrasse 30, 52074 Aachen
Tel: 0241-80-35494, Fax: 0241-80-82413
VvonFelbert@ukaachen.de

Dr. med. Hauke Schumann
Universitätsklinikum Freiburg, Universitäts-Hautklinik, Leiter des Kompetenzzentrums Fragile Haut
Hauptstrasse 7, 79104 Freiburg
Tel: 0761-270-6701, Fax: 0761-270-6829
Hauke.Schumann@uniklinik-freiburg.de