In Deutschland müssen ?rztinnen und ?rzte bei etwa 200 von 800 sehr unreifen Frühgeborenen j?hrlich – meist wegen einer Infektion – die Nahrung durch einen künstlichen Darmausgang aus- und an anderer Stelle wieder zurückleiten, um den Darm zu entlasten. Aktuell funktioniert das nur manuell, was keine kontinuierliche ?berführung garantiert, sehr pflegeintensiv ist und die Entwicklung der Babys beeintr?chtigt.?

Ein interdisziplin?res Team von Friedrich-Schiller-Universit?t, Universit?tsklinikum Jena (UKJ) und koordiniert durch die Ernst-Abbe-Hochschule Jena (EAH) will deshalb nun ein miniaturisiertes Transportsystem mit ultraschall- und photonikbasierter Sensorik entwi?ckeln, das die kontinuierliche ?berführung und Analytik des ausgeleiteten Darminhalts erm?glicht. Damit wollen die Forschenden erstmals einen geregelten kontinuierlichen externen Transport des Darminhaltes erm?glichen und gleichzeitig dessen Zusammen?setzung in Echtzeit erfassen. So entsteht eine v?llig neue Datenbasis, die bessere medi?zinische Behandlungsm?glichkeiten für Frühgeborene zul?sst. Die Carl-Zeiss-Stiftung f?rdert das Projekt ?INTACT“ für zwei Jahre mit insgesamt 750.000 Euro.?

?Bei manchen Frühgeborenen unter 1.500 Gramm Gewicht schw?cht eine Entzündung den noch sehr kleinen und unreifen Darm, behindert die Passage des Inhalts und l?sst ihn mitunter sogar perforieren“, beschreibt Prof. Dr. Hans Proquitté, Leiter der Neonatologie am Universit?tsklinikum Jena, das medizinische Problem, das ihn inzwischen seit 30 Jahren umtreibt. ?Antibiotika helfen, die Infektion zu bek?mpfen – meist zwei künstliche Darmausg?nge, sogenannte Stomata, müssen zur Entlastung des Darmes angelegt werden.“ Der Chymus – also der bereits mit Verdauungssekreten durchsetzte Speisebrei – wird bisher über Stunden in einem Beutel gesammelt und anschlie?end wieder mit einer Spritze in das zweite, weiterführende Stoma in den Darm zurückgeführt. So verkümmert dieser Bereich des Darms nicht und das Kind erh?lt weiterhin wichtige N?hrstoffe, wie Kalzium, Bicarbonat, Eiwei?e, Lipide und Kohlenhydrate aus der Nahrung. Die ?berführung des Chymus ist zwar ?u?erst wichtig für die umfassende Entwicklung des Kindes, der derzeit nur manuell umsetzbare Ablauf h?lt aber einige Probleme bereit: ?Weil wir bisher keinen kontinuierlichen Transfer au?erhalb des K?rpers gew?hrleisten k?nnen, wird der Verdauungsprozess für l?ngere Zeit unterbrochen. Zum anderen reizt der angeklebte Plastikbeutel die Haut zum Teil sehr ausgepr?gt und in Folge k?nnen Infektionen entstehen“, sagt der Mediziner. ?

Pumpsystem so gro? wie eine Streichholzschachtel

Der Arzt entwickelt deshalb nun gemeinsam mit dem Medizintechniker Prof. Dr. Iwan Schie von der EAH und dem Umweltchemiker Dr. Patrick Br?utigam von der Universit?t Jena ein miniaturisiertes, geregeltes Transportsystem, das beide Darmbereiche au?erhalb des K?rpers miteinander verbindet und so kontinuierlich und damit physiologisch den Darmin?halt übertr?gt. ?Dieser Therapieansatz ist v?llig neu und k?nnte den kleinen Patienten das Wachsen und Gedeihen in dieser kritischen Phase deutlich erleichtern. Dafür planen wir, ein 3D-gedrucktes miniaturisiertes Pumpendesign zu entwickeln, das maximal 50 Gramm leicht und nicht viel gr??er als eine Streichholzschachtel ist“, erkl?rt Patrick Br?utigam. ?Mit Hilfe der kontaktlosen Ultraschallspektroskopie, durch die das System eigenst?ndig erkennt, wann der Chymus in den Schlauch gelangt und mit welcher Geschwindigkeit er weitergeleitet wird, regeln wir dann die Pumpe.“ Darüber hinaus lassen sich mit dem Ultraschall weitere Informationen beispielsweise über die Viskosit?t, Wasser- und Fest?stoffanteile messen. Um w?hrend der Forschung an dem Ger?t eine so lebensnahe Umgebung wie m?glich zu schaffen, entwickelt der Jenaer Umweltchemiker eine spezielle Simulanz, die dem Speisebrei in Beschaffenheit und Inhaltsstoffen gleichkommt, aber in gr??eren Mengen zur Verfügung steht.?

Diagnostik da, wo sie vorher nicht m?glich war

Eine weitere Neuerung soll zudem der Zugang zu Informationen sein, die bisher so nicht zur Verfügung stehen. ?Wir wollen den Chymus mit multimodalen spektroskopischen Analyseverfahren wie etwa der UV/VIS/IR-Absorptionsspektroskopie durchleuchten und dabei eine ganz neue Datenbasis über die chemische Zusammensetzung aufbauen. Denn bisher gibt es keine M?glichkeit, den gesamten Chymus in Echtzeit zu untersuchen und seine Komposition zu ermitteln“, sagt Iwan Schie. ?So wollen wir beispielsweise den Was?sergehalt des Chymus bestimmen, Lipide und Proteine detektieren und vielleicht sogar DNA-Reste oder Mikroblutungen erkennen.“ Solche Daten lieferten Informationen darüber, wie die kleinen Patienten N?hrstoffe verwerten und welche sie besonders ben?tigen oder ob interne Verletzungen aufgetreten sind. Das lasse Aussagen zum Gesundheitszustand zu, was zielgenaue Therapieoptionen nach sich ziehen kann – Diagnostik wird also an einer bisher nicht zug?nglichen Stelle m?glich. ?Die kontinuierliche Beobachtung solcher Entwicklungsparameter wird uns dabei helfen, auch im Falle einer solchen Beeintr?chti?gung das kindliche Wachstum zu f?rdern und die sp?tere Rückverlagerung des Darms zu vereinfachen“, sagt Hans Proquitté.

Iwan Schie und sein Team, zu dem auch Studierende geh?ren werden, wollen für das Analysemodul zun?chst die geeignetsten Spektroskopieverfahren ermitteln. Im n?chsten Schritt gilt es, diese dann in ein Gesamtsystem zu integrieren. Das Forschertrio ist optimistisch, bis zum Ende des F?rderzeitraums einen ersten Prototypen vorlegen zu k?nnen, der dann mit einem Partner aus der Wirtschaft oder vielleicht sogar durch eine Ausgründung zur Marktreife geführt werden kann.?

?ber die Carl-Zeiss-Stiftung

Die Carl-Zeiss-Stiftung hat sich zum Ziel gesetzt, Freir?ume für wissenschaftliche Durch?brüche zu schaffen. Als Partner exzellenter Wissenschaft unterstützt sie sowohl Grundla?genforschung als auch anwendungsorientierte Forschung und Lehre in den MINT-Fach?bereichen (Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik). 1889 von dem Physiker und Mathematiker Ernst Abbe gegründet, ist die Carl-Zeiss-Stiftung eine der ?ltesten und gr??ten privaten wissenschaftsf?rdernden Stiftungen in Deutschland. Sie ist alleinige Eigentümerin der Carl Zeiss AG und SCHOTT AG. Ihre Projekte werden aus den Dividendenausschüttungen der beiden Stiftungsunternehmen finanziert.