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Die Mikropartikel bestehen aus einer einzigen Schicht von Lipiden (Fettmolekülen), die eine winzige Sauerstofftasche umgeben, und werden in einer flüssigen Lösung abgegeben. In einem Artikel in der Ausgabe vom 27. Juni der Zeitschrift Science Translational Medicine berichten Dr. John Kheir von der Abteilung für Kardiologie am Bostoner Kinderkrankenhaus und seine Kollegen, dass eine Infusion dieser Mikropartikel bei Tieren mit niedrigem Sauerstoffgehalt im Blut die Sauerstoffsättigung des Blutes innerhalb von Sekunden wieder auf ein fast normales Niveau brachte.

Wenn die Luftröhre vollständig blockiert war – ein gefährlicheres Szenario in der „realen Welt“ – hielt die Infusion die Tiere 15 Minuten lang ohne einen einzigen Atemzug am Leben und verringerte das Auftreten von Herzstillstand und Organschäden.

Die Mikropartikellösungen sind tragbar und könnten Patienten in Notfallsituationen stabilisieren und Sanitätern, Notärzten oder Intensivmedizinern Zeit verschaffen, um auf sicherere Weise einen Beatmungsschlauch zu legen oder andere lebensrettende Therapien durchzuführen, sagt Kheir.

„Dies ist ein kurzfristiger Sauerstoffersatz – eine Möglichkeit, Patienten während der kritischen Minuten sicher Sauerstoffgas zuzuführen“, sagt er. „Letztendlich könnte dies in Spritzen auf jedem Notfallwagen in einem Krankenhaus, Krankenwagen oder Transporthubschrauber aufbewahrt werden, um Patienten mit Atemproblemen zu stabilisieren.“

Die Mikropartikel würden wahrscheinlich nur für eine kurze Zeit, zwischen 15 und 30 Minuten, verabreicht werden, da sie in einer Flüssigkeit transportiert werden, die das Blut überlasten würde, wenn sie länger verwendet würden, sagt Kheir.

Kheir weist auch darauf hin, dass sich die Partikel von Blutersatzstoffen unterscheiden, die zwar Sauerstoff transportieren, aber nicht brauchbar sind, wenn die Lunge sie nicht mit Sauerstoff versorgen kann. Stattdessen sind die Mikropartikel für Situationen gedacht, in denen die Lunge vollständig außer Gefecht gesetzt ist.

Kheir begann 2006 mit der Erforschung der Idee von injizierbarem Sauerstoff, nachdem er ein kleines Mädchen betreut hatte, das infolge einer schweren Lungenentzündung, die zu Blutungen in der Lunge und zu einem sehr niedrigen Sauerstoffgehalt führte, eine schwere Hirnverletzung erlitt. Trotz aller Bemühungen des Teams starb sie, bevor sie an eine Herz-Lungen-Maschine angeschlossen werden konnte. Aus Frustration darüber bildete Kheir ein Team, das nach einer anderen Möglichkeit der Sauerstoffversorgung suchte.

„Einige der überzeugendsten Experimente waren die ersten“, sagt er. „Wir nahmen uns gegenseitig Blut ab, mischten es in einem Reagenzglas mit den Mikropartikeln und beobachteten, wie sich blaues Blut vor unseren Augen sofort rot färbte.“

Im Laufe der Jahre haben Kheir und sein Team verschiedene Konzentrationen und Größen der Mikropartikel getestet, um ihre Wirksamkeit zu optimieren und sie für die Injektion sicher zu machen. „Die Bemühungen waren wirklich multidisziplinär“, sagt Kheir. „Es brauchte Chemieingenieure, Partikelwissenschaftler und Mediziner, um die richtige Mischung zu finden.“

In den Studien, über die in der Veröffentlichung berichtet wird, verwendeten sie ein Gerät, das als Sonicator bezeichnet wird und Schallwellen mit hoher Intensität verwendet, um den Sauerstoff und die Lipide miteinander zu vermischen. Dabei wird das Sauerstoffgas in Partikeln mit einer durchschnittlichen Größe von 2 bis 4 Mikrometern eingeschlossen (ohne Mikroskop nicht sichtbar). Die resultierende Lösung, in der das Sauerstoffgas 70 Prozent des Volumens ausmacht, vermischt sich effizient mit menschlichem Blut.

„Einer der Schlüssel zum Erfolg des Projekts war die Fähigkeit, eine konzentrierte Menge Sauerstoffgas in einer kleinen Menge Flüssigkeit zu verabreichen“, sagt Kheir. „Die Suspension enthält den drei- bis vierfachen Sauerstoffgehalt unserer eigenen roten Blutkörperchen.“

Intravenöse Verabreichung von Sauerstoffgas wurde in den frühen 1900er Jahren versucht, aber diese Versuche scheiterten an der Sauerstoffanreicherung des Blutes und verursachten oft gefährliche Gasembolien.

„Wir haben dieses Problem umgangen, indem wir das Gas in kleine, verformbare Partikel verpackt haben“, erklärt Kheir. „Sie vergrößern die Oberfläche für den Gasaustausch dramatisch und sind in der Lage, sich durch Kapillaren zu zwängen, in denen freies Gas stecken bleiben würde.“

Die Studie wurde durch drei Auszeichnungen des Technology Development Fund am Boston Children’s Hospital Boston und einen U.S. Department of Defense Basic Research Award für Kheir finanziert.