Physik Heiße Erwartungen an kühle Wunderstoffe

Physiker, Ingenieure und Mediziner schwärmen von kalten Plasmen: Mit diesen Stoffen lassen sich Raketen antreiben und resistente Keime abtöten.

Von Reinhard Breuer

Ein Wundermittel? Das sind "Kalte Plasmen" vielleicht nicht - doch immerhin sind sie so vielfältig, dass sich Forscher darum reißen, sie für ihre Zwecke brauchbar zu machen. Ingenieure verwenden sie für Raumfahrtantriebe, Mediziner entfalten mit ihrer Hilfe heilende Kräfte, Physiker produzieren damit neue Phänomene. "Kalte Plasmen haben grundlegende Bedeutung für die Fundamentalphysik, aber auch eine erstaunliche Wirkung in der Wundheilung", sagt der Plasmaphysiker Gregor Morfill, Direktor am Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik (MPE) in Garching. "Sie sind ein Stoff mit vielen segensreichen Eigenschaften, die es zu erforschen gilt." Plasmen bilden - neben fest, flüssig und gasförmig, als "vierter Aggregatzustand" 99 Prozent aller sichtbaren Materie im Universum. Bei den kalten Plasmen geht es um einen gasförmigen Mix niedriger Energie, in dem ionisierte Moleküle, Elektronen und Staubpartikel herumschwirren.

Solche staubigen oder auch "komplexen" Plasmen sind Lieblingsgebilde der Astrophysiker. Schließlich staubt es im ganzen Weltall: Der interstellare Raum ist erfüllt von kalten Plasmen, Planeten entstehen aus Staubscheiben, die junge Sterne umkreisen; in Kometen ("staubigen Eisbällen") ionisiert das UV-Licht der Sonne die verdampfenden Gase. Physiker des MPE waren daher überrascht, als ihnen 2005 auffiel, dass kalte Plasmen fernab des Weltraums auch in der Medizin Nutzen stiften können: bei der Sterilisation und Wundheilung. Für diesen Zweck werden die ionisierten Gase bei gewöhnlichem Luftdruck und Zimmertemperatur eingesetzt.

Die Verletzungen heilten nach der Plasma-Behandlung um bis zu 30 Prozent schneller

Sie können Ärzten demnächst bei Antibiotika-Resistenzen helfen. Multiresistente Keime haben sich in den vergangenen Jahren zur großen Infektionsgefahr entwickelt, besonders in Kliniken. Wie die Bundesregierung in einem Entwurf zur Deutschen Antibiotika-Resistenzstrategie berichtet, die noch dieses Jahr verabschiedet werden soll, erkranken in Deutschland jährlich etwa eine halbe Million Patienten an Krankenhausinfektionen, zwischen 7500 bis 15 000 sterben sogar daran.

In diese Problemzone peilen die Plasmamediziner. Als Ausgründung des MPE befasst sich etwa der Technologie-Start-up Terraplasma im Forschungscampus Garching bei München seit 2011 mit der Entwicklung von Medizingeräten, die in den kommenden Jahren marktreif sein sollen. Eine Reihe von Labor-Untersuchungen habe bereits gezeigt, berichtet die Biophysikerin Julia Zimmermann von der Firma, "dass sowohl Bakterien und Pilze als auch Biofilme, Viren und Sporen sehr effizient mit kaltem Plasma abgetötet werden können."

Speziell die gefürchteten MRSA-Bakterien ließen sich im Labor mit speziellen kalten Plasmen innerhalb von 30 Sekunden inaktivieren und vernichten. Bei Patienten wird das ionisierte Gas über kleine Düsen wie in einem sanften Luftstrom auf die betroffenen Hautstellen geleitet. Die Behandlungen von jeweils wenigen Minuten Dauer sind für Patienten harmlos und gut verträglich, belegen klinische Studien, die am MPE zusammen mit dem Klinikum Schwabing und dem Universitätsklinikum Regensburg bis Ende 2013 durchgeführt wurden. Ziel war es jeweils, in infizierten chronischen Wunden die Bakterien mit kaltem Plasma abzutöten und die Wundheilung zu fördern. Die Verletzungen heilten laut den Studien durch die Behandlung im Schnitt um 30 Prozent schneller. Bei Hauterkrankungen lassen sich die Plasmen zudem so justieren, dass nur die Keime, aber nicht die intakte Haut zerstört wird.

Die genaue Wirkung der Plasmen ist den Plasmamedizinern allerdings noch etwas nebulös. Sobald das Plasma in den Geräten erzeugt wird, kommen an die 600 Reaktionen in Gang. "Es ist der reaktive Cocktail im Plasma - mit Elektronen, Ionen, reaktiven Molekülen sowie UV-Strahlung", so Julia Zimmermann. "Dieser Mix bereitet den Bakterien den Garaus."

Andere klinische Studien galten der Gürtelrose, einer schmerzhaften Virenerkrankung mit Läsionen, offenbar mit ähnlich positiven Resultaten, oder dem Morbus Hailey-Hailey, einer Verhornungsstörung der Haut mit Blasenbildung und häufigen Sekundärinfektionen. "Schon acht Behandlungen brachten deutliche Linderung," berichtet Zimmermann.