Synthetische Biomaterialien könnten in Notfall‑Traumasituationen entscheidend werden

„Heilung“ von Blutungen mit künstlichen Thrombozyten

Viele Todesfälle durch Verletzungen und Unfälle stehen im Zusammenhang mit Blutverlust. Obwohl dieses Thema nicht so häufig diskutiert wird wie Krebs, Herz‑Kreislauf‑ oder Erbkrankheiten, ist es ein Bereich der Medizin, der stark von fortschrittlicher Technologie profitieren könnte, um Leben zu retten.

Bei der aktuellen Behandlung in der Notaufnahme ist häufig eine Transfusion von Thrombozyten, den für die Gerinnung verantwortlichen Zellen, erforderlich, um Blutungen zu kontrollieren.

Thrombozyten funktionieren, indem sie auf ein Signal des Körpers bei einer Verletzung reagieren, wodurch sie zur Verletzungsstelle wandern. Sobald sie angekommen sind, verklumpen die Thrombozyten, um ein Gerinnsel zu bilden, das die Blutung stoppt.

Quelle: Byjus

Das Gerinnsel selbst entsteht durch die Agglomeration von Thrombozyten und Fibrin, einem faserigen Protein im Blutkreislauf. Der gesamte Prozess wird zudem von nicht weniger als 13 verschiedenen Gerinnungsfaktoren vermittelt.

Quelle: Thrombozyten.

Allerdings ist das Problem, dass die Lagerung von Thrombozytentransfusionen schwierig ist, was ihre Nutzbarkeit im präklinischen Umfeld einschränkt. Zu den Problemen gehören begrenzte Spenderverfügbarkeit, schwierige Portabilität und Lagerung, hohes Risiko bakterieller Kontaminationen sowie eine sehr kurze Haltbarkeit (~5‑7 Tage).

Thrombozyten bleiben das „letzte Grenzgebiet“ der Blutkomponenten-Transfusion im präklinischen Umfeld, und Daten, die verbesserte Ergebnisse bei früher Thrombozytentransfusion bei massiven Blutungen zeigen, unterstützen nachdrücklich die Begründung, die Thrombozytentransfusion zusammen mit PRBCs und Plasma voranzutreiben.

Bioinspirierte künstliche Thrombozyten: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft.

Blutungen durch traumatische Verletzungen werden niemals harmlos, egal welche Fortschritte wir in Genetik, Zellbiologie oder künstlichen Organen erzielen. Da Blutungen eine Hauptursache für Todesfälle vor Erreichen des Krankenhauses sind, wird eine andere Lösung als die Thrombozytentransfusion benötigt.

Während viele Anstrengungen darauf gerichtet waren, die Lagerung und Nutzbarkeit natürlicher Thrombozyten zu verbessern, stellen künstliche Thrombozyten eine weitere Alternative dar.

Durch die Nutzung von Fortschritten in der Nanotechnologie könnte dieses Konzept schneller Realität werden als erwartet, dank Forschern der North Carolina State University, der University of Virginia, der Duke University und der Chapman University, deren Ergebnisse unter dem Titel „Ultrasoft platelet-like particles stop bleeding in rodent and porcine models of trauma“ veröffentlicht wurden.

Künstliche Thrombozyten

In der Vergangenheit wurden mehrere Versuche unternommen, künstliche Thrombozytensysteme zu entwickeln.

Der Einsatz natürlicher Thrombozyten zusammen mit künstlichen Systemen hat sich als Lösung für die meisten Probleme natürlicher Thrombozyten erwiesen. Vielversprechender ist die Verwendung künstlicher Nanopartikel, die an Proteine oder Proteinfragmente gekoppelt sind.

Genau das haben die oben genannten Forscher getan, indem sie synthetische, thombozytenähnliche Partikel (PLPs) erschufen. Sie wurden mithilfe von ultrasoften und hochdeformierbaren Nanogelen entwickelt, die an fibrinspezifische Antikörperfragmente gekoppelt sind.

Der fibrinbindende Ligand wurde entwickelt, um Wundstellen zu adressieren und die Blutgerinnselbildung zu verstärken.

Die flexiblen Nanogelpartikel konnten zudem ihre Form ähnlich wie echte Thrombozyten verändern. Dies verbesserte die Stabilität des Gerinnsels und trug zur Heilung bei.

Gutes Ergebnis, hohe Sicherheit

In vitro binden sich die PLPs selektiv an Fibrin und verbesserten die Gerinnselbildung.

In Tiermodellen (Nagetieren und Schweinen) reduzierten die PLPs den Blutverlust, ohne unerwünschte Gerinnselbildung außerhalb des Zielgebiets, ein sehr wichtiger Punkt, da unerwünschte Blutgerinnsel ebenso tödlich sein können wie Blutverlust. Sie könnten sogar Schlaganfälle oder Herzinfarkte verursachen.

Der Blutverlust wurde stark reduziert, selbst wenn das Blut teilweise durch Flüssigkeiten ohne ausreichende Gerinnungsfaktoren ersetzt wurde („dilutionale Koagulopathie“).

Der Effekt auf den Blutverlust wirkte sowohl präventiv als auch als sofortige Behandlung nach einer Verletzung.

Ebenso wichtig für das Sicherheitsprofil ist, dass die PLPs effizient von den Nieren entfernt wurden, was beweist, dass der Körper sie sicher eliminieren kann, sobald die Verletzung und der Blutverlust vorbei sind. Dies könnte durch die flexiblen Formen der Gel‑Nanopartikel begünstigt worden sein.

Potenzial künstlicher Thrombozyten beim Menschen

Notaufnahme & Trauma

Die Gerinnung ist ein biologischer Mechanismus, der bei allen Säugetieren stark konserviert ist, sodass eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit besteht, dass die besprochenen PLPs auch beim Menschen funktionieren.

Die offensichtliche Hauptanwendung dieser Technologie liegt in der Notfallbehandlung, insbesondere in Krankenwagen und den medizinischen Kits von Ersthelfern.

Traumatische Verletzungen sind die häufigste Todesursache bei Kindern und Erwachsenen unter 45 Jahren. Schätzungsweise sterben jährlich 31.000 Amerikaner an vermeidbaren Blutungen, was eine massive Gesundheitskrise darstellt, die die Nanotechnologie weitgehend lösen könnte. Besonders, wenn sie mit einer systematischen Blutmitnahme durch Sanitäter kombiniert wird.

Quelle: Dallas News

Gefährliche Aktivitäten & Militär

Durch die Verbesserung der Verletzungsbehandlung hat das US-Militär die Sterblichkeitsrate für Truppen, die in Afghanistan dienten, von 2005 bis 2013 um fast 50 % gesenkt.

Sie erreichten dies mit Hilfe eines Tourniquets (das Blutungen an Gliedmaßen begrenzt) und der Verabreichung von Blut auf dem Weg ins Krankenhaus.

Da sie leicht zu lagern und zu transportieren sind, werden künstliche Thrombozyten voraussichtlich bald Teil der meisten Sanitätskästen auf Militärbasen sein, sobald die Technologie für Menschen als sicher erwiesen ist.

Dies wäre ein Anwendungsfall, bei dem PLPs noch wichtiger als im zivilen Bereich wären, da Verletzungen wahrscheinlich fernab von Krankenhäusern auftreten und die Blutversorgung bei intensiven Kampfhandlungen begrenzt sein könnte.

Hämophilie

Nicht alle Hämophilie‑Typen können mit PLPs gelöst werden, da einige durch fehlerhafte Fibrin‑Proteine verursacht werden. Dennoch könnte diese durch mangelhafte Gerinnung gekennzeichnete Erkrankung in manchen Fällen deutlich weniger gefährlich gemacht werden.

Es könnte sogar sinnvoll sein, PLPs prophylaktisch einzusetzen, sofern die wiederholte und langfristige Nutzung dieser Technologie als sicher nachgewiesen ist.

Blut‑ & Thrombozyten‑Unternehmen

Da künstliche Thrombozyten eine so neue Technologie sind, gibt es offensichtlich noch kein Unternehmen, das sie kommerzialisiert. Wir können jedoch davon ausgehen, dass Unternehmen, die bereits im Bereich Bluttransfusion und Thrombozytenproduktion tätig sind, über das Vertriebsnetz und die Expertise verfügen, um diese Gesundheitsrevolution anzuführen.

1. CSL Limited (CSL.AX)

CSL ist ein Konglomerat, das Biotech‑Produkte wie Plasmaprodukte, Gentherapien und Rekombinante vertreibt.

Der Plasmasektor (aus Blut gewonnen) ist CSL Behring. Mit über 340 Plasmasammelzentren in mehr als 100 Ländern kontrolliert das Unternehmen ein Drittel des Plasmamarktes. Der Sektor ist zudem bei weitem der größte Umsatztreiber der CSL-Gruppe.

Quelle: CSL

Das Unternehmen ist zudem ein Pharma‑/Biotech‑Unternehmen mit einer umfangreichen F&E‑Pipeline. Es konzentriert sich hauptsächlich auf Impfstoffe, Hämatologie/Blut, Atemwege und Herz‑Kreislauf. Die Gruppe hat kürzlich auch Nephrologie (Nieren) zu ihren therapeutischen Segmenten hinzugefügt.

Quelle: CSL

Dank seiner Führungsposition in Bluttherapien und Plasmasammlung ist CSL gut positioniert, um weiterhin Marktführer zu bleiben und zu den Ersten zu gehören, die künstliche Thrombozyten als zusätzliches Element im Notfall‑Gesundheits‑Toolkit bereitstellen.

2. Takeda

Das japanische Unternehmen Takeda ist ein diversifiziertes Pharmaunternehmen mit Präsenz in mehreren Sektoren, einschließlich Plasma.

Quelle: Takeda

Takeda verfügt über 230 Einrichtungen zur Plasmasammlung in den USA und Europa, über BioLife Plasma‑Dienste. Damit gehört es zu den drei größten Plasma‑Organisationen weltweit, mit 20 Marken von Produkten in diesem Sektor und einer 80‑jährigen Geschichte.

Takeda ist zudem sehr aktiv in F&E, mit 23 Produktkandidaten in Phase‑3‑Klinikstudien, wobei die beiden größten Segmente Gastrointestinal‑ und Entzündungsbereiche sind, gefolgt von plasma‑abgeleiteten Therapien.

Quelle: Takeda

Wie CSL sollte Takedas Expertise im Bereich Plasma ihm dabei helfen, künstliche Thrombozyten auf den Markt zu bringen.

Es ist zudem ein Unternehmen mit einer umfangreichen Strategie von Partnerschaften mit innovativen Start‑ups, einschließlich im Bereich Nanotechnologie, zum Beispiel, BioSurfaces’ Nanomaterial, Cour Pharmaceutical Development’s Nanopartikel,  oder Leon-nanodrugs MicroJet Reactor.

So könnte es diese Expertise in Nano‑Design & Fertigung nutzen, um seine eigene Version von PLPs zu schaffen, jetzt wo der Machbarkeitsnachweis existiert.