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Bakteriophagen im Kampf gegen Wundinfektionen

Antibiotikaresistente Bakterien sind zunehmend ein Problem bei der Wundbehandlung. An den Hohensteiner Instituten werden neuartige Wundauflagen entwickelt, die mithilfe von Bakteriophagen selbst hartnäckigen Krankheitserregern den Garaus machen.

Eigentlich ist es eine altbekannte Strategie. „Schon Anfang des 20. Jahrhunderts wurde mit Bakteriophagen experimentiert, weil sie Bakterien als Wirte zur Vermehrung nutzen und diese dabei zerstören. Die Phagentherapie war so lange en vogue, bis die Antibiotika entdeckt wurden“, erzählt PD Dr. Dirk Höfer, Leiter der Abteilung Hygiene und Biotechnologie an den Hohensteiner Instituten. Mit dem Siegeszug von Penicillin und Co. geriet die Wundbehandlung mit Bakteriophagen in der westlichen Welt in Vergessenheit. Hinter dem Eisernen Vorhang ging jedoch, vom Rest der Welt weitgehend unbemerkt, die Bakteriophagenforschung weiter.

„Speziell in Georgien wurde weiterhin intensiv an Bakteriophagen geforscht. Das hatte vor allem wohl wirtschaftliche Gründe. Die relativ teure Antibiotika-Forschung konnte man sich dort schlicht nicht leisten“, bestätigt Höfer. Dass Georgiens Hauptstadt Tbilisi zu einem Zentrum der Bakteriophagenforschung wurde, hat die Stadt im Wesentlichen einem Mann zu verdanken: Professor George Eliava. Er hatte am Pariser Pasteur-Institut Professor Felix D'Herelle kennengelernt, den Entdecker der Bakteriophagen, und sich seitdem der Erforschung der faszinierenden Winzlinge verschrieben.

In einigen Winkeln der Welt ging die Phagen-Forschung weiter

Am heutigen G. Eliava Institute of Bacteriophage, Microbiology and Virology in Tbilisi arbeiten Bakteriophagen-Experten von Weltrang, zu denen die Hohensteiner Institute Kontakt aufnahmen. „Einer unserer Kooperationspartner ist PD Dr. Wim Fleischmann, Direktor der Klinik für Unfallchirurgie im Krankenhaus Bietigheim und Spezialist für Wundbehandlung. Er vermittelte den Kontakt und arbeitet mit an der Entwicklung von Wundabdeckungen, in die Bakteriophagen integriert sind“, so Höfer. Gemeinsam mit den Hohensteiner Wissenschaftlern fahndete er weltweit nach Methoden im Umgang mit Bakteriophagen und etablierte sie in Hohenstein. Dabei schloss er auch Kooperationen mit Phagen-Experten in den USA.
Elektronenmikroskopische Großaufnahme von Bakteriophagen namens 3/4.
Großaufnahme von Bakteriophagen namens "3/4" - einer der Phagenstämme, mit denen an den Hohensteiner Instituten gearbeitet wird. (Foto: Hohensteiner Institute)
Da die bekannten Antibiotika-Waffen im Kampf gegen krankheitserregende Bakterien längst nicht mehr so wirksam sind wie einst, erlebt die Phagenforschung zurzeit einen bemerkenswerten Aufschwung. Grund für die Misere ist vor allem der unsachgemäße und massenhafte, oft unkritische Gebrauch von Antibiotika. Er hat dazu geführt, dass die Bakterien gelernt haben, ihren Stoffwechsel so anzupassen, dass die alten Antibiotika nicht mehr wirken. Das gilt vor allem für hochinfektiöse Bakterien wie den klassischen „Krankenhauskeim“ Staphylococcus aureus.

„Wir haben Bakteriophagen in Kultur genommen, die gegen Staphylococcus, aber auch gegen andere, zunehmend resistente Bakterien wie Pseudomonas aeruginosa wirken“, sagt Höfer. Zum Teil hat er die Phagenstämme von Kooperationspartnern erhalten, zum Teil isoliert er sie mit seinem Team selbst aus der Umwelt. „Eine gute Quelle sind Abwässer, vor allem aus Klärwerken, oder Krankenhausabwässer, in denen aufgrund der Bakteriendichte Bakteriophagen massenhaft vorkommen“, so der Hohensteiner Forscher. Inzwischen verfügt Höfer über eine umfangreiche Sammlung reiner Bakteriophagen-Kulturen.

Gefriergetrocknet und praktisch verpackt

An den Hohensteiner Instituten wurde eine raffinierte Strategie entwickelt, um die Bakteriophagen kontrolliert therapeutisch einzusetzen. „Unsere Idee war, die Bakteriophagen zu trocknen und bei Kontakt mit der Wunde zu reaktivieren. Allerdings hieß es bis dahin in der Wissenschaft, dass sich Killerorganismen wie Phagen nicht trocknen lassen. Nun, wir konnten mittlerweile das Gegenteil beweisen“, sagt Höfer. Er hat mit seiner Gruppe ein Verfahren der schonenden Gefriertrocknung entwickelt. „Wenn wir die Phagen danach wieder in Kulturmedium geben, haben sie wieder die gleiche Morphologie und sind funktionsfähig wie zuvor“, freut sich Höfer über den Durchbruch.
Ein Prototyp der neuen Wundauflage mit Bakteriophagen wird mit einer Pinzette auf einen Unterarm gelegt.
Der Prototyp der neuen Wundauflage mit Bakteriophagen (Foto: Hohensteiner Institute)
Als nächstes musste eine geeignete Möglichkeit gefunden werden, das Söldnerheer der Bakteriophagen wundgerecht zu verpacken. Zum Einsatz kam eine Zellulose-Faser, wie sie bereits bei der Madentherapie verwendet wird. Mit einer speziellen Verfließungstechnik werden die Fasern zur Wundauflage geformt. „Es sind Hohlfasern, die per Kapillarkraft mit der Phagenlösung befüllt werden. Bei der Gefriertrocknung lagern sich die Phagen an den Innenwänden der Hohlfasern ab, das Ganze erinnert dann an Rost in einer Leitung“, so Höfer. Die aktive Zellulose-Schicht wird schließlich noch in eine wundfreundliche Polypropylenschicht eingebettet.

Bakterienwaffe mit eingebauter Sicherheitsfunktion

Wenn die Auflage mit der feuchten Wundumgebung in Kontakt kommt, erwachen die Phagen zu neuem Leben und beginnen mit der Bakterienvernichtung. Dem Menschen können die Bakteriophagen nichts anhaben. „Sie verfügen über eine eingebaute Selbstregulation. Die Phagen vermehren sich, wenn und solange sie auf Bakterien treffen. Wenn sie in der Tiefe der Wunde auf keine weiteren Bakterien mehr stoßen, gehen sie zugrunde. Diese biologische Selbstregulation ist für den therapeutischen Einsatz ein Riesenvorteil“, erklärt Höfer.

Nachdem die Forscher die prinzipielle Funktion und Wirkung der neuen Wundauflagen gezeigt haben, stehen nun vorklinische Tests an, für die Höfers Gruppe mit dem Krankenhaus Bietigheim-Bissingen zusammenarbeitet. Da die Phagen ihre Arbeit relativ schnell erledigen - in der Regel reicht eine Stunde, um einen dichten Bakterienrasen zu vernichten - hofft Höfer, dass ein einmaliges Aufbringen ausreicht. „Das werden die Tests dann zeigen. Wenn die Auflagen sich dabei bewähren, müssen sie von der Ethikkommission bewertet werden und können an ersten Patienten eingesetzt werden“, sagt Höfer.

In der Zwischenzeit befassen sich die Hohensteiner Forscher bereits mit Weiterentwicklungen und Optimierungen. Nicht jeder Phagenstamm ist für jedes Bakterium gleich gut geeignet, es gibt durchaus Unterschiede, wie Höfer weiß. „Wir arbeiten momentan mit einzelnen Phagentypen, wollen in Zukunft aber auch Mischungen einsetzen. Das könnte zum Beispiel sinnvoll sein, wenn eine Wunde mit drei verschiedenen Bakterienarten gleichzeitig infiziert ist. Idealerweise würde man das Keimspektrum analysieren und dann die effizienteste Phagenmischung darauf ansetzen“, so Höfer zur Zukunft der Phagentherapie. Er stöbert auf jeden Fall weiterhin in kyrillischen Fachartikeln und charakterisiert neue Bakteriophagen - immer auf der Suche nach der bestmöglichen Wundbehandlung.

leh - 01.04.08
© BIOPRO Baden-Württemberg GmbH
Weitere Informationen:
Hohensteiner Institute
Abteilung Hygiene und Biotechnologie
PD Dr. Dirk Höfer (Abteilungsdirektor)
74357 Bönnigheim
Tel.: 07143 271-0
Fax: 07143 271-51
Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/bakteriophagen-im-kampf-gegen-wundinfektionen