Die Initiativen

plasmatis - Greifswald

Das Zentrum für Innovationskompetenz

 

Mit der Initiative plasmatis - Plasma plus Zelle ist ein Zentrum für Innovationskompetenz in Greifswald entstanden, in dem wissenschaftliche Kompetenzen aus Plasmaforschung und Lebenswissenschaften kombiniert werden. Zwei Nachwuchsforschungsgruppen betreiben zukunftsweisende und innovative Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wechselwirkung zwischen physikalischem Plasma und lebender Materie. Im Fokus des Vorhabens steht die Frage, wie die Heilung chronischer Wunden mithilfe physikalischer Plasmen positiv beeinflusst werden kann.

Unter physikalischem Plasma versteht man energiereiches Gas, in dem sich freie Elektronen und Ionen befinden. Bekannte natürliche physikalische Plasmen sind die Sonne oder das Nordlicht. Wissenschaftlich und technisch werden seit über hundert Jahren vor allem heiße Plasmen eingesetzt, so z.B. beim Lichtbogenschweißen, bei der Oberflächenbehandlung, in der Halbleiterindustrie oder in der Lampentechnologie. In den letzten Jahren sind zunehmend Plasmaquellen entstanden, die an der Luft betrieben werden und so kalt sind, dass man damit auch sehr empfindliche Oberflächen, wie z.B. menschliche Haut, behandeln kann. Mit der dadurch möglich gewordenen Verbindung von Plasmaphysik und medizinischer Biologie ist ein neues spannendes Forschungsgebiet entstanden.

Die Grundlagenforschung von plasmatis in diesem Bereich wird mittel- und langfristig wichtige Impulse nicht nur für neue Therapiemöglichkeiten im Wundmanagement, sondern auch für eine Vielzahl anderer biologischer und medizinischer Anwendungen der Plasmaphysik liefern und neue Perspektiven sowohl im Bereich der Plasmaphysik als auch auf dem Gebiet der Medizin aufzeigen.

Die Ziele

Allein in Deutschland leben mehr als 4,5 Millionen Menschen mit chronischen Wunden. Aufgrund des demographischen Wandels und der damit einhergehenden Zunahme von Erkrankungen wie Diabetes mellitus ist die Tendenz dieser Problematik weiterhin steigend.

Erste Versuche bestätigten, dass durch den Einsatz von physikalischem Plasma sowohl Infektionserreger abgetötet und Wunden gereinigt als auch gesunde Körperzellen stimuliert werden können.

Mit den gewonnenen Erkenntnissen in der Grundlagenforschung soll die Anwendung von Plasmaquellen bei Heilungsprozessen, insbesondere bei chronischen Wunden, entscheidend verbessert werden. Die Untersuchungen im ZIK plasmatis sollen zur systematischen Erschließung innovativer therapeutischer Ansätze führen. Wichtig ist hierbei vor allem das Zusammenspiel zwischen der antiseptischen Wirkung von Plasma und seiner Fähigkeit, die Neubildung von gesundem Gewebe zu unterstützen. Die Forschungsgruppen analysieren, wie man das Wachstum und die Vitalität von Zellen und Gewebe direkt oder auch indirekt beeinflussen kann, beispielsweise durch Veränderungen des lebensnotwendigen Umfeldes (physiologische Flüssigkeiten).

Die thematischen Schwerpunkte


Die Arbeit im ZIK plasmatis geht über die rein empirische und experimentelle Plasmabehandlung hinaus hin zu einem Grundlagenverständnis der Plasma-Wund-Wechselwirkungsprinzipien. Ziel des Projekts ist das detaillierte Verstehen der komplexen Wechselwirkungen und der zugrunde liegenden Mechanismen, was einen wesentlichen Schritt zur zukünftigen Verbesserung von Plasma-Zell/Wundbehandlung bedeutet. Die Forschungsstruktur von plasmatis basiert auf zwei Forschungsfeldern, die von zwei interdisziplinär zusammengesetzten Nachwuchsforschungsgruppen bearbeitet werden:

Forschungsfeld "Zelluläre Effekte"

Die Nachwuchsforschungsgruppe "Zelluläre Effekte" befasst sich mit der Beeinflussung zellulärer Aktivitäten (z.B. Wachstum/Vitalität, Adhäsion, Zellwanderung, Ausschüttung) durch physikalische Plasmen.

Hierbei steht in erster Linie die Grundlagenforschung im Vordergrund, da es sich um fundamentale Untersuchungen hinsichtlich eines neuen Einsatzgebietes für physikalische Plasmen in der medizinischen Anwendung handelt. Ein zentraler Punkt dieses Forschungsvorhabens ist die Implementierung der Plasmatechnologie in zellbiologische bzw. molekularbiologische Forschungsarbeiten. Dies bedeutet eine generelle Neuentwicklung und Anpassung von Plasmaquellen an die sensiblen Bedürfnisse lebender Organismen. Da die meisten physikalischen Plasmen sehr hohe Temperaturen aufweisen bedeutet dies in erster Linie die Herstellung so genannter "kalter Plasmen" - d.h. Plasmen mit Temperaturen im Bereich von 30 bis 40°C. Diese Plasmaquellen müssen wiederum an die Zellkulturgefäße bzw. Mikroskope etc. angepasst werden, da auch hier andere Voraussetzungen gelten als man sie üblicherweise in einem Physiklabor vorfindet.

Durch experimentelle Grundlagenforschung sollen Antworten geliefert werden, inwiefern menschliche und tierische Zellen mithilfe von kaltem physikalischem Plasma stimuliert werden können. Zunächst werden vor allem in-vitro-Testsysteme eingesetzt. Vor dem Hintergrund der Wundheilung werden für die Untersuchungen vor allem Zellen der Haut (z.B. Fibroblasten, Keratinozyten) und des Immunsystems (Monozyten und Leukozyten) zum Einsatz kommen. Hierbei erfolgen Analysen der Genaktivitäten von an der Wundheilung beteiligten Genen, auf deren Basis die Detailplanung für die weitere experimentelle Vorgehensweise erfolgt. Basierend auf dem Modell der Heilung chronischer Wunden wird der Einfluss kalten Plasmas auf die Zellwanderung, die Adhäsion, die Ausschüttung diverser Substanzen sowie auf die Zellteilungsrate bzw. den Zelltod untersucht. Von besonderem Interesse sind hierbei die von den Zellen nach Plasmabehandlung abgegebenen Substanzen (Zytokine, Hormone, extrazelluläre Matrix, etc.) mit Hinblick auf die Signaltransduktion und andere biochemische Prozesse, da sie eine zentrale Rolle in den Reaktionen der Zellen auf äußere Reize darstellen. Der Fokus liegt damit auf der Untersuchung sowohl der direkten als auch der indirekten Beeinflussung der Zellkommunikation bzw. der Zellaktivitäten, um somit verstehen zu können, wie genau physikalische Plasmen auf lebende Systeme bzw. Zellen einwirken. Dies stellt den Schnittpunkt der Forschungsarbeiten der beiden Nachwuchsforschungsgruppen dar.

Forschungsfeld "Extrazelluläre Effekte"

In der Nachwuchsforschungsgruppe "Extrazelluläre Effekte" werden kalte Atmosphärendruckplasmen grundlegend untersucht. Der innovative Ansatz der Nachwuchsforschungsgruppe ist es, sowohl die Plasmen, als auch Flüssigkeiten (physiologische Flüssigkeiten und Zellumgebung sowie Pufferlösungen) mit optischer Diagnostik auf höchstem Stand der Wissenschaft zu untersuchen. Dabei wird die Verteilung der reaktiven Komponenten des Plasmas und ihre Reaktionen miteinander charakterisiert. So kann erstmals Einblick in die der Plasmabehandlung von biologischem Gewebe zugrunde liegenden Prozesse gewonnen werden.

Bei der Plasma-Zell/Gewebe-Wechselwirkung spielen Sekundäreffekte eine wesentliche Rolle: Die Zelle benötigt zum Überleben eine flüssige Umgebung, d.h. das Plasma übt stets über das extrazelluläre physiologische Milieu einen Einfluss auf die Zellen und deren Stoffwechselprodukte aus. Nur ein Verständnis der plasmainduzierten Veränderung der Zellumgebung ermöglicht in vivo Zellbehandlungen und ist daher Voraussetzung für die Wundbehandlung am Patienten. Vorderstes Ziel der Nachwuchsforschungsgruppe ist es, einen detaillierten Einblick in die biochemischen und biophysikalischen Prozesse bei der Plasmabehandlung durch quantitative Orts- und zeitaufgelöste Diagnostik zu gewinnen. Durch diese können erstmals  Dichten und Verteilungen relevanter reaktiver Komponenten sowohl im Plasma als auch in der Zellumgebung bestimmt und ihre synergetischen Effekte untersucht werden. Zudem soll das Plasma durch die Auswertung und Anwendung der Ergebnisse von Plasmadiagnostik und numerischen Simulationen kontrolliert beeinflusst werden.

Ziel des Projekts ist es, eine Kontrolle über die Zusammensetzung der reaktiven Komponenten in den Plasmen und der Zellumgebung zu erreichen, um mittels maßgeschneiderter Plasmabehandlungen in Zukunft die Heilung chronischer Wunden positiv beeinflussen zu können.

Die Partner

  • Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V. (INP Greifswald)
  • Campus PlasmaMed
  • Institut für Pharmazie der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
  • Institut für Hygiene und Umweltmedizin der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
  • Institut für Immunologie und Experimentelle Onkologie der Universität Witten/ Herdecke

Kontakt

Dr. Kai Masur
Sprecher des ZIK plasmatis und Nachwuchsforschungsgruppenleiter "Zelluläre Effekte"
Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) plasmatis
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
Felix-Hausdorff-Straße 2
17489 Greifswald
Tel.: 03834 554 3322
Fax:  03834 554 301
E-Mail: kai.masur[at]plasmatis.de
www.plasmatis.de 

Dr. Stephan Reuter
Nachwuchsgruppenleiter "Extrazelluläre Effekte"
Zentrum für Innovationskompetenz (ZIK) plasmatis
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
Felix-Hausdorff-Straße 2
17489 Greifswald
Tel.:  03834 554 3323
Fax:  03834 554 301
E-Mail:  stephan.reuter[at]plasmatis.de
www.plasmatis.de

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