Fest, flüssig, gasförmig – die drei Zustände der Materie sind allgemein bekannt. Physiker kennen jedoch noch einen vierten: Plasma. Der Begriff bezeichnet Gase, deren Atome und Moleküle sich unter Energieeinwirkung in ihre geladenen Bestandteile aufspalten. Wo Plasma natürlicherweise vorkommt, geht es heiß und gefährlich zu: in der Sonne und den Sternen draußen im Universum, aber auch in der Erdatmosphäre, in Form von Nordlichtern und Blitzen.

Plasma lässt sich aber auch im Labor erzeugen und nutzbar machen. Die Anwendungen lagen bisher vor allem im Bereich der Halbleitertechnik oder der Oberflächenbearbeitung von Metallen. Jetzt hält die Plasmatechnologie Einzug in die Medizin. Bei der Behandlung schlecht heilender Wunden, offener Beine oder Diabetikerfüße hat sie bereits gute Erfolge vorzuweisen. An weiteren Einsatzmöglichkeiten wird zurzeit geforscht.

Seit einiger Zeit schon vermag die Wissenschaft gebändigte Blitze zu erzeugen und deren Wirkung immer feiner zu dosieren. Mithilfe von Niederdruck-Plasma lassen sich beispielsweise Brillengläser entspiegeln, Kunststoffe für Beschichtungen vorbereiten und Oberflächen metallischer oder keramischer Werkstoffe bearbeiten.

Haut statt Halbleiter

Wie sich zeigte, bringt die Oberflächenbehandlung mit Plasma einen weiteren Vorteil: Sie vernichtet Bakterien, selbst wenn diese in winzigen Vertiefungen sitzen, die klassische Desinfektionsmittel kaum erreichen. Somit lassen sich nicht nur Operationsbestecke mithilfe von Plasma sterilisieren, sondern auch Ersatzteile wie künstliche Hüftgelenke, die keimfrei sein müssen, bevor sie in den Körper kommen, oder Zahnimplantate, die strukturierte Oberflächen aufweisen müssen, damit sie gut einwachsen.

Von diesen ersten medizinischen Anwendungen war es ein kleiner Schritt zu der Idee, die bakterientötende Wirkung auch für therapeutische Zwecke zu nutzen. Dafür kommt eine weitere Stufe der Bändigung zum Einsatz: Kaltes Plasma entsteht bei Raumtemperatur und Normaldruck aus Edelgasen oder Luft durch Anlegen einer Spannung. Durch die Entladung erhöht sich die Temperatur um einige wenige Grade, gleichzeitig bilden sich sogenannte freie Radikale, also besonders reaktionsfreudige, aber kurzlebige Atome oder Moleküle, sowie Strahlung vom sichtbaren Bereich bis zum Ultraviolett.

Jede dieser Komponenten könnte lebende Zellen schädigen, wenn sie zu hoch dosiert ist. Vor der Anwendung an Patienten standen deshalb jahrelange Vorstudien. Seit 2004 haben etwa Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Plasmaforschung und Technologie in Greifswald (INP) die Wirkungen von Plasma auf Zellen und Gewebe im Labor erprobt. „Wir haben das Plasma so gestaltet, dass es sicher ist, und umfassend charakterisiert, damit es die beabsichtigten Wirkungen erzielt“, sagt INP-Direktor Klaus-Dieter Weltmann.

Die Forschungsarbeiten mit der Charité Berlin und der Universitätsmedizin Greifswald mündeten in die Entwicklung von Prototypen und schließlich eines Gerätes, das vor kurzem auf den Markt kam, gefolgt von einem weiteren, von der Universitätsmedizin Göttingen mit Partnern entwickelten Produkt. Beide Geräte ähneln kleinen Stabtaschenlampen. Nur produzieren diese statt eines Lichtkegels ein Zwischending aus Flamme und Blitz, leuchtend, aber lauwarm. Damit lässt sich berührungsfrei über Wundflächen streichen.

„Die drei Komponenten ergeben einen Synergieeffekt“, erläutert Jürgen Lademann, Dermatologe und Leiter der Forschungsgruppe Hautphysiologie an der Charité: Der gezähmte Blitz beseitigt Bakterien schmerzfrei und besser als die gängigen flüssigen Desinfektionsmittel. Denn wie an einem Blitzableiter läuft er an den feinen Härchen in der Haut entlang und erreicht so auch Mikroorganismen, die sich in den Haarfollikeln verbergen. Er macht selbst jenen Mikroben den Garaus, die gegen alle möglichen gängigen Antibiotika resistent sind. Hinzu kommt, dass er auch die Eigenheilungskräfte in der Wunde anregt. Das sei kein Hokuspokus, versichert Lademann, sondern beruhe auf bekannten biologischen Vorgängen, auch wenn man noch nicht in allen Details wisse, wie es genau funktioniert.

Die Hautklinik der Charité hat die neue Technologie an Patienten mit schlecht heilenden Wunden getestet – mit Erfolg. Doch die Plasmamedizin kann noch mehr. Den Wissenschaftlern zufolge sind weitere therapeutische Anwendungen in der Dermatologie oder in der plastischen und ästhetischen Chirurgie denkbar. Zahnfleischentzündungen könnten bis in die Tiefe der Zahnfleischtaschen bekämpft, Karieslöcher vor dem Füllen bis in die letzte Ritze entkeimt werden. Und vielleicht eröffnen sich auch in der Krebstherapie neue Möglichkeiten.

Nationales Zentrum in Berlin

Im Juni haben die beteiligten Experten gemeinsam mit den Herstellerfirmen ein Nationales Zentrum für Plasmamedizin gegründet. Es hat seinen Sitz an der Charité in Berlin-Mitte. Das Zentrum soll die weitere Erforschung der Technologie koordinieren und abstimmen, damit sie nur in den Bereichen eingesetzt wird, in denen sie wissenschaftlich nachweisbar Wirkung zeigt. „Die Plasmamedizin ist wesentlich von deutschen Forschungseinrichtungen vorangebracht worden“, sagt der Chirurg und Gründungsvorsitzende Hans-Robert Metelmann: „Diesen Vorsprung wollen wir halten und ausbauen. Und diese Chance wollen wir auf keinen Fall dadurch verschenken, dass sie womöglich durch unangemessene oder überflüssige Anwendungen ins Gerede kommt.“