Unser aktuellstes Entwicklungsprojekt

Aktuelle Situation:

SARS-CoV-2 und COVID-19

  • SARS-CoV-2 zeigt im Frühstadium der Covid-19 Erkrankung eine hohe Replikationsaktivität im oberen Atemtrakt (upper respiratory tract – URT) [1].
  • Aufgrund von der starken Hypoxie und ggf. Lungenversagen müssen Patienten mit einem kritischen Verlauf von COVID-19 intubiert und maschinell beatmet werden.
  • Bei der Hälfte der Patienten, welche nicht überlebt haben, wurde eine bakterielle Super-Infektion nachgewiesen [2].
  • Vorhergegangene Pandemien (z.B. SARS, MERS, H1N1) haben gezeigt, dass 30% bis 55% der Todesfälle durch eine sekundäre bakterielle Pneumonie verursacht wurden [3].

Hypothese:

Ein Großteil der COVID-19 Patienten stirbt an Sekundärinfektionen. Diese müssten verhindert werden.

Eine effiziente Reduktion von Bakterien und ggf. SARS-CoV-2 im oberen Atemtrakt (URT) könnte helfen:

  • Das Immunsystem bei der Bekämpfung einer hohen bakteriellen und viralen Last zu unterstützen und somit die vorhandene Therapie der maschinell beatmeten Patienten zu ergänzen.
  • Super-Infektionen vorzubeugen und somit die Komplikationsrate zu verringern.

Ein Lösungsansatz:

Applikation von kaltem atmosphärischen Plasma in den oberen Atemtrakt

  • Inaktivierung von SARS-CoV-2 und Bakterien durch kaltes atmosphärisches Plasma (cold atmospheric plasma – CAP):
  • Es wurde in mehreren Veröffentlichungen gezeigt, dass CAP diverse Viren inaktivieren kann (In-Vitro) [4]. Beispiele sind: Adenovirus [5], Norovirus [6]
  • Aus einer Kooperation mit der Arbeitsgruppe von Brunn am Max-von-Pettenkofer Institut in München gibt es erste Indikationen, dass CAP auch Coronaviren in Lösung inaktiviert.
  • Es wurde bereits in vitro gezeigt, dass CAP keine schädlichen Reaktionen an der gesunden Schleimhaut auslöst [7].
  • CAP ist in der Lage die Keimbelastung zu reduzieren und somit die Gefahr einer Sekundärinfektion zu verringern
  • CAP verteilt sich im Mund- und Rachenraum gleichmäßig und erreicht auch schwer zugängliche Stellen, sogar die Nase.

Basisprodukt

plasma care®

  • Das plasma care® ist ein CE-zertifiziertes Medizinprodukt zur Behandlung (infizierter) chronischer und akuter Wunden mittels kaltem atmosphärischen Plasmas (cold atmospheric plasma – CAP).
  • Das plasma care® inaktiviert sehr effizient Bakterien inkl. multiresistenter Erreger (z.B. MRSA), sowie Viren.

Produkterweiterung:

plasma intensive care®:

  • Das plasma intensive care soll dazu eingesetzt werden die Keimbelastung im oberen Atemtrakt (upper respiratory tract – URT) wirkungsvoll zu reduzieren, um damit das Risiko für Sekundärinfektionen zu senken.
  • Das plasma intensive care kann potentiell die Ausbreitung von Bakterien in die Lunge verhindern.
  • Für die Anwendung im Rachenaum wurde für das plasma care ein neuer, zum Patent angemeldeter Beatmungs-Adapter entwickelt. Der Adapter hat zwei AnschlüsseEinen für den Ausfluss plasma-aktivierter Luft, der andere ist für die Zufuhr von medizinischer, stark herunterregulierte Druckluft, die ein gleichmäßiges Fluten des Mund-Rachenraum mit dem Kaltplasma sicherstellt.

Ein wesentlicher Vorteil des gasförmigen kalten Plasmas ist, dass es auch in schwer zugängliche Bereiche des oberen Atemtrakts vordringen kann, selbst in die Nase! Darüberhinaus verflüchtigt sich das kalte Plasma nach der Behandlung einfach.

Voruntersuchungen In-Vitro

Step 1:

Modellierung des oberen Atemtraktes (upper respiratory tract – URT):

  • Das konstruierte Modellvolumen hat 105ml und die Form wurde an das URT angenähert und 3D-gedruckt.
  • Um die Konzentration der reaktiven Spezies innerhalb des URT zu bestimmen wurde im Modell verschiedene Messpunkte implementiert.
  • Repräsentativ für die entstehenden reaktiven Spezies wird als Kontrolle die Ozon-Konzentration gemessen.

Step 2:

Damit eine Aussage über den keimreduzierenden Effekt der plasma intensive care Anwendung getroffen werden kann, wurden zwei Testreihen mit Enterococcus mundtii Bakterien auf Agar durchgeführt.

Dem nebenstehenden Bild können die Positionen der Agar-Platten entnommen werden.

Step 3:

Bei beiden Testreihen wurde eine log-Reduktion von etwa 4.5 – 5 (99,999% inaktivierte Bakterien) an P1 (Rachen) und etwa 4 – 4.5 (99,99% inaktivierte Bakterien) an P2 (Subglottis) nachgewiesen.

Bereits nach 3 Minuten wurde der Großteil der Inaktivierung vollzogen.

Quellen: 

[1] Drosten, Warum Covid-19 ansteckender ist als Sars, Tagesspiegel February 2020 [2] F. Zhou, et. al. Clinical course and risk factors for mortality of adult inpatients with COVID-19 in Wuhan, China: a retrospective cohort study, The Lancet, March 2020 [3] J.L. Gerberding, Antibiotic resistance: the hidden threat lurking behind Covid-19, STAT March 2020[4] M. Weiss, G. Daeschlein, A. Kramer, et. al. Virucide Properties of Cold Atmospheric Plasma for Future Clinical Applications, Journal of Medical Virology 89:952–959 (2017) [5] J.L. Zimmermann, G.E. Morfill, et. al. Effects of cold atmospheric plasmas on adenoviruses in solution, J. Phys. D: Appl. Phys. 44 (2011) 505201 (9pp) [6] B. Ahlfeld, J.L. Zimmermann, G.E. Morfill, et. al. Inactivation of a Foodborne Norovirus Outbreak Strain with Nonthermal Atmospheric Pressure Plasma, mBio 6(1):e02300-14 [7] S. Becker, J.L. Zimmermann, G.E. Morfill, et. al.  Effects of cold atmospheric plasma (CAP) on bacteria and mucosa of the upper aerodigestive tract, Auris Nasus Larynx, Volume 46, Issue 2, April 2019, Pages 294-301

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