Achse Gesundheit: ALPICAT, ein Projekt zur Bekämpfung der Bakterienresistenz.

Die Achse Gesundheit ist ein interdisziplinäres Zentrum für die Entwicklung von nachhaltigen Gesundheitstechnologien, dass alle Forschungsinstitute der HES-SO Valais Wallis vereint. Wir trafen uns mit Marc Mathieu, Professor am Life Technologies Institute, um über ein von der Achse Gesundheit unterstütztes Projekt zu sprechen, an dem er mit zwei Kollegen vom Campus Enerypolis mehrere Monate gearbeitet hat: ALPICAT, d. h. die Entwicklung von Prototypen für Katheterferrulen, deren Oberfläche mit antimikrobiellen Molekülen beschichtet ist.

Die Sterilisation von medizinischen Werkzeugen - eine Herausforderung.

Es ist nicht ungewöhnlich, in der Presse zu lesen, dass bestimmte Bakterien gegen Antibiotika resistent sind. Bakterien sind lebensnotwendig, verursachen aber zahlreiche Resistenzprobleme, insbesondere im medizinischen Bereich oder in Krankenhäusern. Diese Krankheitserreger können z. B. über medizinische Geräte auf einen Menschen übertragen werden. Daher ist es von größter Bedeutung, dass die Sterilisation von chirurgischen Werkzeugen oder medizinischem Material in jeder Situation gewährleistet werden kann. Dies ist in einem Labor, das über einen Autoklav (hermetischer Behälter, der die Sterilisation ermöglicht) verfügt, einfacher zu bewerkstelligen, kann sich aber in einer Arztpraxis in einem Alpental, die keinen Zugang zu einer solchen Maschine hat, oder insbesondere bei einem Einsatz vor Ort als kompliziert erweisen. Darüber hinaus bleibt diese Art der Sterilisation kostspielig, zeit-, energie- und platzintensiv und wirft zudem ein Nachhaltigkeitsproblem auf, wenn das medizinische Material für den Einmalgebrauch bestimmt ist. Schließlich bietet die Pharmaindustrie zahlreiche antimikrobielle Mittel in verschiedenen Formulierungen oder Flächendesinfektionsmittel an, die bei resistenten Bakterienstämmen an ihre Grenzen stoßen. Die Professoren Marc Mathieu, Bruno Schnyder und Samuel Rey-Mermet möchten den Fachleuten im Gesundheitswesen tragbare und wiederverwendbare Technologien anbieten, die auf antibakteriellen Peptiden mit einzigartigen Eigenschaften basieren.

Antibakterielle Peptide in den Diensten der Medizin

Peptide sind Aminosäuresequenzen und diese Molekülfamilie gehört zu einer Klasse von Verbindungen, die als Polymere bezeichnet werden. Diese Aminosäuresequenzen kommen in natürlicher Form vor, können aber auch im Labor synthetisiert werden. Seit vielen Jahren beschäftigt sich die Forschung im Bereich der Chemie mit den Eigenschaften dieser Moleküle und es ist bekannt, dass einige Peptide antimikrobiell wirken, andere antioxidativ sind oder auch das Immunsystem unterstützen können. Ihre hochaktiven Moleküle mit Eigenschaften, die die Sterilisation von Oberflächen mit komplexer Geometrie ermöglichen, sind aufgrund ihrer innovativen Eigenschaften von hohem Mehrwert und daher für die Desinfektion von begrenzten Oberflächen bestimmt. Das Projekt ALPICAT schlägt daher vor, eine Technologie für die Sterilisation von Werkzeugen oder Komponenten für die Chirurgie bereitzustellen, deren Oberflächen zuvor in einer Lösung von Peptiden mit antibakteriellen Eigenschaften in Kontakt gebracht werden. Die Schwierigkeit bei diesem Forschungsgegenstand besteht jedoch darin, die Peptide stabil zu machen, da natürliche Moleküle anfällig sind und eine eher kurze Überlebensdauer haben. Von daher muss die richtige Kombination entwickelt werden, um eine langanhaltende Wirksamkeit der Peptidwirkung zu gewährleisten, sowie die Art und Weise, wie die Peptide miteinander kombiniert und auf die gewählte Oberfläche aufgepfropft werden können.

Ein institutsübergreifendes Projekt zur Prüfung der Hypothesen.

So richtete Marc Mathieu, Leiter der Plattform für synthetische Peptide und ihre Mimetika, sein von der Achse Gesundheit unterstütztes Forschungsprojekt auf die Sterilisierung von medizinischen Kathetern aus dem 3D-Drucker durch ein Bad aus antibakteriellen Peptiden aus. Es stellte sich heraus, dass Samuel Rey-Mermet, Forscher für industrielle Systeme, und Bruno Schnyder, Forscher für Mikrobiologie am Life Technologies Institute, ebenfalls zu diesem multidisziplinären Team gehörten. So wurden die von den Teams für industrielle Systeme entworfenen und gedruckten Teile mit den von Marc Mathieu entwickelten Peptiden behandelt und ihre antimikrobiellen Eigenschaften von Bruno Schnyders Team getestet. Die Experimente zeigen, dass es möglich ist, mit diesen Verbindungen Konnektoren, Ferrulen und Katheter zu sterilisieren oder komplexe, wiederverwendbare Ferrulen herzustellen, die Flüssigkeiten desinfizieren, ohne die teuren Spezialgeräte eines Labors zu benötigen. Marc Mathieu weist darauf hin, dass es schwierig ist, bestimmte chirurgische Werkzeuge zu sterilisieren, da ihre Form manchmal sehr komplex ist oder ihre Porosität Nischen für Bakterien hinterlässt, die kompliziert zu sterilisieren sind. Die Behandlung mit gepfropften antibakteriellen Peptiden könnte eine wirksame, zugängliche und nachhaltige Lösung für diese Problematik sein, da sie eine vollständige antibakterielle Beschichtung von porösen und komplexen Oberflächen ermöglicht.

Marc Mathieu, Chemie in den Diensten der menschlichen Gesundheit.

Seit 12 Jahren ist Professor Marc Mathieu an der HES-SO Valais-Wallis als Dozent und Forscher tätig. Seit nunmehr 30 Jahren interessiert er sich für Biomoleküle und Peptide im Besonderen und hat ihnen seine Dissertation und sein Postdoktorat sowie einen Teil seiner Karriere in der Industrie und seine Forschungsprojekte an der HES-SO Valais-Wallis gewidmet. Er war insbesondere im Bereich der Krebsmedikamente mit Industriepartnern, Start-ups oder KMU tätig. Er wollte seine Kompetenzen im spannenden Bereich der bioorganischen Chemie stets in den Dienst der Gesundheit stellen, da er sich des enormen Potenzials dieser Peptide bewusst ist, die zur Behandlung zahlreicher Probleme im Bereich der öffentlichen Gesundheit dienen könnten.

Foto: Credits © HES-SO Valais-Wallis, Laurent Darbellay. von links nach rechts: Prof. Dr. Marc Mathieu, Peptidlabor (TEVI), Prof. Dr. Samuel Rey-Mermet, Pulverlabor (ISI), Prof. Dr. Bruno Schynder, Labor für Mikrobiologie (TEVI).