Fingerstechen passè?

Prinzipielle Darstellung des Systems der offenen Mikroperfusion. Ein im Gewebe liegender Doppellumenkatheter wird mit einer Flüssigkeit durchspült (perfundiert). Durch die makroskopischen Perforationen findet ein Austausch zwischen Gewebsflüssigkeit und dem Perfusat statt. Dieses Rückperfusat wird über eine Pumpe einer Sensorzelle zugeführt und in einem Behälter für anschließende Laborauswertungen gesammelt. Die Sensorsignale werden verarbeitet und online angezeigt.

Seine Forschungs- und Entwicklungsarbeit in Zusammenarbeit mit Medizinern der Medizinischen Universitätsklinik der Universität Graz und Technikern des Institutes für Elektro- und Biomedizinische Technik der TU Graz unter Leitung von Ao.Univ.-Prof. Dr. Paul Wach erbrachte ein Meßverfahren, das völlig neue Möglichkeiten eröffnet: die offene Mikroperfusion.

Das Dilemma der Diabetiker

Während ein gesunder Mensch durchschnittlich etwa 100mg/dl Zuckergehalt im Blut aufweist, ist bei Diabetikern der Glukosespiegel weitaus höher. Der Zuckergehalt im Blut entgleist geradezu, und Werte bis zu 1000mg/dl werden in einem solchen Fall möglich. Dies führt für den Diabetiker zum gefürchteten Koma. Um den Glukosespiegel beim Diabetiker zu senken, stellen die moderne Pharmazie und Medizin für den Patienten das Hormon Insulin bereit. Dieses Hormon, welches beim gesunden Menschen von der Bauchspeicheldrüse produziert wird, regelt den Glukosegehalt im Blut. Beim Diabetiker muß dieses Hormon, heutzutage gentechnisch erzeugt, künstlich zugeführt werden. Dies geschieht derzeit hauptsächlich mit dem sogenannten „Insulin-Pen”: ein Injektionsgerät, welches einem Kugelschreiber ähnelt und mit dem das lebenswichtige Insulin in den Körper eingebracht wird. Ein großes Problem stellt für den Diabetiker aber die exakte Messung des Glukosespiegels im Blut und die daraus resultierende Dosierung des Insulins dar.

Leben mit Messen und Dosieren

Es mag für den Nichtbetroffenen oder Laien nicht der erste Gedanke zu dieser Krankheit sein: Das Leben und die Lebensqualität von Diabetikern wird in erheblichem Ausmaß von ständigem Messen und Dosieren mitbestimmt. Heute ist das 5- bis 6malige „Fingerstechen” täglich die gebräuchlichste und exakteste Methode, um sich „genau einstellen” zu können. Der solcherart gewonnene Tropfen Blut wird auf einen Meßstreifen aufgebracht und dieser in ein taschenrechnergroßes Meßgerät eingeführt. Dieses Meßgerät zeigt den aktuellen Glukosewert im Blut an. Der erfahrene Diabetiker dosiert aufgrund dieser Meßdaten die Menge des Insulins, die er seinem Körper zuführen muß. Ein ungenauer Meßwert kann fatale Folgen nach sich ziehen, denn aus einer Überdosierung von Insulin resultiert eine Unterzuckerung des Körpers. Diese wiederum führt zum sogenannten „Hypo”, der Hypoglykämie. Die herabgesetzte Wahrnehmung des Diabetikers durch Schlaf und die in dieser Zeit fehlende Blutzuckerselbstkontrolle läßt dies sehr häufig in der Nacht geschehen. Die Hypoglykämie kann zum Koma, aber auch zum Tod führen und schädigt in jedem Fall den Organismus.

Blut oder Gewebsflüssigkeit

Durch das Fingerstechen kann jedoch nur der momentane Glukosewert ermittelt werden. Dieser momentane Wert kann aber durch Einflüsse wie Nahrungsaufnahme, körperliche Anstrengung oder auch psychischen Streß kurzfristig erheblich verfälscht werden. Messungen im Blut haben zudem stets mit dem Problem der Blutgerinnung und mit Infektionsgefahren zu kämpfen. Wünschenswert wäre daher ein Meßsystem, das kontinuierlich mißt und Trendinformationen statt Momentaufnahmen liefert. Weiters sollten die Probleme beim Messen im Blut möglichst umgangen werden. Um diese Probleme auszuschalten, verfolgten die Grazer Wissenschaftler einen neuen Ansatz. Da ein enger Zusammenhang zwischen der Glukosekonzentration im Blut und der Glukosekonzentration im Gewebe besteht, stellte sich die Frage: Warum nicht in der Gewebsflüssigkeit messen und damit die Nachteile der Messung im Blut vermeiden? Wie kommt man aber zu Gewebsflüssigkeit, die aufgrund ihrer Konsistenz relativ schwer zugänglich ist und aus dem Körper regelrecht ausgespült werden muß?

Offene Mikroperfusion

Skrabal und sein Team entwickelten als Antwort auf dieses Problem das System der offenen Mikroperfusion. Die Entwicklung eines speziellen Doppellumenkatheters ermöglicht eine Art Mikrodialyse. Dabei wird Gewebsflüssigkeit aus dem Körper ausgewaschen, zu einem Sensor außerhalb des Körpers geleitet und dort kontinuierlich die Gewebsglukose gemessen. Es muß daher nicht permanent ein Sensor in den Körper eingeführt werden, der zudem alle 2 - 3 Tage gewechselt werden müßte, sondern es genügt der Doppellumenkatheter in der Größe einer Insulinpumpennadel. Dieser kann vom Patienten zudem sehr leicht selbst appliziert werden. Ein weiterer Vorteil für den Patienten besteht darin, daß dieses System außerhalb des Körpers durch eine vordefinierte Zuckerlösung geeicht (kalibriert) werden kann. Damit wird auch hier der Weg über das Blut vermieden und man erspart sich somit das lästige tägliche Fingerstechen.

Messung vor Ort

Die Wissenschaftler entdeckten in weiteren Teilprojekten unter der Leitung von Ao.Univ.-Prof. Dr. Thomas Pieber im Verlauf ihrer Forschungsarbeiten aber eine Vielzahl weiterer Vorteile: vor allem den, daß die offene Mikroperfusion die Messung direkt am Wirkungsort erlaubt. Denn entscheidend ist oftmals nicht so sehr die Konzentration von Substanzen im Blut, sondern die Konzentration in der Gewebsflüssigkeit. Insbesondere dann, wenn diese Substanzen, wie etwa Insulin, direkt an der Zelle wirken. Das System, das direkt vor Ort und nicht über den Umweg des Blutes mißt, kann zudem wesentliche Verzögerungen, Verzerrungen oder Verschleierungen vermeiden, die bei der Untersuchung des Serums unweigerlich auftreten. Mittlerweile wird das Meßverfahren auch für pharmakodynamische und pharmakokinetische Experimente erfolgreich eingesetzt und gibt neue und exaktere Auskünfte über Wirkung, Ausbreitung oder Konzentration von endogenen und exogenen Substanzen. Auch bei der Bekämpfung von Tumoren könnte das System der offenen Mikroperfusion neue Möglichkeiten eröffnen. Da man über dieses System sehr leicht kontinuierlich Substanzen zuführen kann, könnten etwa Zytostatika zur Bekämpfung von Tumoren lokal appliziert und damit höher, als es bisher möglich war, dosiert werden.

Joachim Gruber