Beschichtung endotrachealer Beatmungsschläuche mit Sphingosin zur Prävention bakteriellen Wachstums und beatmungsassoziierter Pneumonien

• Antragsteller: Professor Dr. Erich Gulbins; Professor Dr. Jürgen Seibel
• Fachliche Zuordnung: Anatomie und Physiologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242127429

Beatmungspneumonien sind ein großes klinisches Problem mit einer hohen Morbidität und Mortalität bei intensivmedizinischen Patienten. Bakterielle Infektionen der oberen Atemwege und die Entwicklung bakterieller Biofilme auf den Beatmungsschläuchen sind wichtige pathogenetische Faktoren. Wir konnten erstmalig zeigen, dass Sphingosin, ein Sphingolipid, das in den meisten mammalischen Membranen vorkommt, hochkonzentriert in den Epithelzellen der oberen Atemwege exprimiert wird, und eine wichtige Rolle bei der angeborenen Abwehr der oberen Atemwege gegen bakterielle Infektionen hat. Wir haben nun verschiedene neue Methoden entwickelt, endotrachale Plastiktuben mit Sphingosin bzw. Sphingosinderivaten zu beschichten, um so die protektive Rolle von Sphingosin in den oberen Atemwegen zu imitieren. Bei diesen Methoden handelt es sich um eine "Dip-Coating" Methode und um die Bindung von Sphingosin bzw. Phytosphingosin an Poly-Dopamin-beschichtete Plastiktuben. Beide Methoden zeigte eine hohe antibakterielle Wirkung und töten bis zu 99% zugegebener Pseudomonas aeruginosa (P. aeruginosa), Acinetobacter baumannii (A. baumannii) und Staphylococcus aureus (S. aureus) ab. Problematisch ist jedoch die Stabilität der Sphingosinbeschichtung bei der "Dip-Coating" Methode in vivo und eine erniedrigte Flexibilität des Plastiks bei der Poly-Dopamin-Technik. Um die antibakterielle Wirkung von Sphingosin auszunutzen, ist es daher notwendig, neue Methoden, bei denen Sphingosin oder -derivate an endotracheale PVC-Tuben kovalent gebunden werden, ohne dass sich die Materialeigenschaften dramatisch ändern, zu entwickeln. Im vorliegenden Antrag werden wir daher (i) neue Sphingosinanaloga synthetisieren, die kovalent an PVC-Tuben binden, ohne die Materialeigenschaften zu ändern. Wir werden (ii) die bakteriziden Eigenschaften dieser beschichteten Plastikmaterialien und die Stabilität der Beschichtung in vitro testen, (ii) die Stabilität und Toxizität der Beschichtung in vivo analysieren und schließlich (iv) untersuchen, ob sich im Mausmodel mit endotrachealen Beatmungstuben, die mit Sphingosin oder Analoga beschichtet wurden, eine Ventilationspneumonie verhindert lässt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2123: Sphingolipid-Dynamik in der Infektionskontrolle