Innovationswettbewerb Medizintechnik 2004

Klaus Affeld

Ziel ist die Machbarkeitsstudie eines zentralvenösen Katheters mit einer wirkstoffdurchströmten Oberfläche zur Vermeidung von Infektionen.

Zentralvenöse Katheter haben eine vielfältige Anwendung in der Medizin. Sie werden eingesetzt in der Intensivmedizin und bei verschiedenen Verfahren der Blutreinigung wie bei der Hämodialyse, der Apherese oder der Immunadsorption. Ein zentralvenöser Katheter hat die Aufgabe, eine Verbindung zwischen dem Gefäßsystem des Patienten und externen Apparaten oder einem Reservoir herzustellen.

Der Einsatz von zentralvenösen Kathetern ist jedoch mit Komplikationen verbunden. Unmittelbar oder mittelbar sind die Komplikationen verantwortlich für die Entfernung des Katheters. Die Komplikationen bei zentralvenösen Kathetern entstehen durch:

• Infektionen an der Hautdurchtrittsstelle,
• Besiedelung der Außen- und der Innenoberfläche des Katheters mit einem Biofilm

und als Sekundärfolge

• Thrombosierung des Katheters
• Thrombosierung des Gefäßes,
• Bildung von stenosierenden Fibrinstrukturen,
• Bakteriämie und Sepsis.

Die Komplikationen entstehen, weil die Katheteroberfläche mit einem Biofilm besiedelt wird. Ein Biofilm ist die Organisation von Mikroorganismen in der Form einer Kolonie. Durch einen Film aus Polysacchariden schirmen sich die Mikroorganismen gegen die Wirkung von Antibiotika, Desinfektionsmitteln und körpereigenen Makrophagen ab. Dadurch werden sie therapieresistent.

Diese Probleme sollen durch einen neuen, patentierten Ansatz gelöst werden: der Biofilm an einem zentralvenöser Katheter soll vermieden werden durch eine mikroporöse Oberfläche, die von einem Wirkstoff durchströmt wird. Durch ein Leitungssystem unter dieser Oberfläche wird ein Fluid mit einem Wirkstoff durch die Poren gepresst und tritt an der gesamten Oberfläche aus. Den Mikroorganismen wird dadurch sowohl physikalisch als auch über den Wirkstoff die Möglichkeit genommen sich anzuhaften. Sie können somit ihre planktonische Phase nicht verlassen und sich nicht anhaften, um einen Biofilm zu bilden. Damit werden sie angreifbar.

Es soll sowohl die Innen- wie die Außenoberfläche des Katheters mit dem Wirkstoff durchströmt werden. Der Wirkstoff soll das Anhaften von Bakterien verhindern, beispielsweise durch das Enzym Lysozym, das Bakterienzellwände angreift, aber humane Zellen intakt lässt. Der Wirkstoff soll aber auch das Anhaften von Blutplättchen verhindern, beispielsweise durch Heparin. Die dabei abgegebene Wirkstoffmenge ist so gering, dass nur eine lokale Wirkung entsteht. Schließlich soll der neue Katheter einfach und benutzerfreundlich sein.

Querschnitt durch einen mikroporösen Katheter. Das Fluid wird durch den Kanal zwischen der mikroporösen inneren Schicht und der mikroporösen äußeren Schicht, dem Mantel, gefördert. Ein Distanzhalter sorgt für eine konzentrische Anordnung. Das Fluid tritt dadurch an beiden Oberflächen durch die Mikroporen aus. Durch die engen Poren wird ein transmuraler Druck erzeugt, der für einen gleichförmigen konvektiven Transport des Wirkstoffes sorgt.

Das Vorhaben wurde mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 01EZ0412 gefördert.