Mehr als nur schöner Schein: desinfizieren mit Licht

Licht kann mehr als "nur" die Dunkelheit zu erhellen. In der Medizin und Medizintechnik wird Licht in verschiedenen Variationen schon lange eingesetzt, um zum Beispiel Hautschäden zu behandeln oder komplette Räume zu desinfizieren. Zwei neue Projekte an der Technischen Hochschule Ulm unter Leitung von Professor Martin Hessling untersuchen nun ebenfalls das Licht, um Viren und Bakterien unschädlich zu machen.

Herr Prof. Hessling, an der TH Ulm arbeiten Sie derzeit an zwei Projekten, die jeweils Licht zur Beseitigung von Viren oder auch Bakterien verwenden. Können Sie die Projekte kurz vorstellen?

Martin Hessling: Es gibt eine Reihe gesundheitlich relevanter Mikroorganismen und Viren, die wir in den Projekten untersuchen. Ein Projekt untersucht Desinfektionssysteme, die SARS-CoV-2 Viren aus der Luft in Innenräumen deaktivieren sollen. Mit einer geringen UV-Bestrahlungsstärke erwartet man hier eine 90-prozentige Inaktivierung der Coronaviren. Um diesen Nachweis zu erbringen, haben wir unter anderem Daten der letzten 50 Jahre analysiert, denn die Wirkung von UV-Licht auf solche Viren ist bereits sehr gut untersucht worden. Auch gängige Luftfilter arbeiten mit UV-Licht oder Filtern, doch sie sind häufig noch nicht für Coronaviren getestet worden. Besonders das derzeitig kursierende SARS-CoV-2 Virus darf man nicht in einem „normalen“ Labor untersuchen, denn dieses Virus ist aufgrund seiner Gefährlichkeit nur für S3-Labore freigegeben. Auch wir arbeiten nicht mit dem derzeitigen SARS-CoV-2 Virus, sondern mit ähnlichen Keimen, die ebenfalls in Aerosolform verbreitet werden.

Das zweite Projekt verwendet sichtbares, blaues und violettes Licht, um Bakterien zu eliminieren, die sich auf Intensivstationen an Beatmungsschläuchen finden lassen. Dort siedeln sich häufig antibiotikaresistente Keime an, die über den Tubus in die Lunge der Patienten hineinwandern können. Der bekannteste ist wohl der multiresistente Staphylococcus aureus (MRSA). Sie können sich vorstellen, dass dies bei Patienten, deren Lunge unter Umständen sowieso angegriffen ist, wie beispielsweise bei Coronapatienten, zu Komplikationen und unter Umständen sogar zum Tod führen kann. In weiteren Untersuchungen wollen wir testen, ob sich auch Viren mit dem Verfahren reduzieren lassen.

Wenn UV-Licht so effektiv ist, warum entwickelt man dann nicht Lampen, die zum Beispiel in Klassenräumen oder Krankenzimmern installiert werden und so zumindest Aerosole unschädlich machen?

Hessling: Nicht nur die Viren reagieren schädlich auf das UV-Licht, sondern auch die Menschen. Wenn man normale Quecksilberdampflampen installieren würde, das sind die gängigen Desinfektionsstrahler, dann könnte man sehr schnell und gründlich Pathogene wie Coronaviren zerstören – aber leider schädigen sie auch menschliche Zellen und können Hautkrebs auslösen. Sie sind somit nicht dazu geeignet, Räume zu bestrahlen, in denen sich Lebewesen aufhalten. Es gibt jedoch auch das sogenannte far-UVC, das anscheinend Mikroorganismen schädigt, aber möglicherweise nicht Menschen. Das liegt daran, dass dieses Licht sehr schnell von der oberen Hautschicht absorbiert wird, sodass es keine lebenden Hautzellen erreicht. Es wäre zukünftig vorstellbar, damit komplette Räume zu beleuchten, während sich darin Menschen aufhalten. Allerdings sind hier noch weitere Studien vonnöten. Denn noch ist völlig unklar, was zum Beispiel für Schädigungen über die Augen möglich sind. Oder wenn es in einem Krankenzimmer verwendet wird: Was passiert, wenn jemand in einem bestrahlten Raum mit offenem Mund schläft? Oder wie wirkt es sich auf die mikrobielle Besiedlung unserer Haut aus? All dies muss noch untersucht werden. Darüber hinaus sind far-UVC Leuchtmittel derzeit nur sehr schwer zu beziehen und somit kaum in der Fläche einsetzbar.

Woran liegt das?

Hessling: Bislang war es nicht nötig, Räume zu bestrahlen, in denen sich Personen aufhalten. Üblicherweise werden Räume mit den günstigeren UVC-Lampen bestrahlt und das wird gemacht, wenn sich niemand im Raum aufhält. Es gab bislang also noch nicht die entsprechende Nachfrage nach far-UVC Lampen.

Wenn diese Lampen derzeit noch nicht erhältlich sind, bleiben für Altenheime, Schulen, Kitas und Unternehmen nur Luftreiniger. Halten diese denn, was sie versprechen?

Hessling: Das untersuchen wir gerade. Wie bereits gesagt, können Hersteller keine Sicherheitsgarantie geben, dass ihre Luftreiniger auch bei SARS-CoV-2 Viren wirken. Aus dem einfachen Grund, dass man dies noch nie getestet hat. Es ist jedoch vielversprechend, dass diese Systeme mit den "alten" Quecksilberdampflampen arbeiten. Das müsste aus unserer Sicht gut funktionieren. Aber man muss bei den Luftreinigern sehr genau hinschauen, unter welchen Bedingungen getestet wurde. Mit welchen Viren gearbeitet wurde oder wie Aerosole getestet wurden. Ich persönlich halte einen Einsatz in den genannten Einrichtungen jedoch für sinnvoll. Natürlich können auch Luftfilter keine 100-prozentige Sicherheit bieten. Wenn zwei Schüler zu nahe beieinandersitzen, kann es passieren, dass die Luft nicht erst durch den Filter geht, bevor sie beim anderen ankommt.

Um jedoch etwas mehr Sicherheit zu geben, führen wir derzeit eine Masterarbeit durch, die einen Plausibilitätsnachweis für Luftreiniger entwickelt. Wir haben hier im Labor eine Teststrecke aufgebaut. Dort vernebeln wir Bakterien und Viren, geben diese in den Luftreiniger und überprüfen dann, inwieweit sich die Konzentration verändert. Wir arbeiten mit Phagen, die einen ähnlichen Aufbau wie das Coronavirus haben. Die Ergebnisse sind bislang sehr vielversprechend.

Ebenfalls vielversprechend sind Ihre Studien zum "beleuchteten" Tubus, den Sie bereits kurz vorgestellt haben. Wie genau gehen Sie dort vor?

Hessling: Wir arbeiten hierfür eng mit Frau Prof. Spellerberg vom Uniklinikum Ulm zusammen. Sie hatte die Idee, Licht zur Desinfektion "im Menschen" zu nutzen. Denkt man an die Beatmung auf der Intensivstation, geht man in der Regel davon aus, diese rettet schwer kranken Menschen das Leben. Das ist auch häufig so, doch sie kann ebenfalls zu großen Problemen führen. Denn wenn man länger als fünf Tage beatmet wird, dann können Keime über den Endotrachealtubus in die Lunge wandern. Dies führt zu Lungenentzündungen, die bei den geschwächten Patienten teilweise zum Tod führen. Wir bauen blaue LEDs – also sichtbares und damit für die menschlichen Zellen unschädliches Licht in den Tubus ein und bestrahlen damit die Keime, sodass sie inaktiviert werden. Im Labor hat das schon wunderbar funktioniert, sodass wir nun den nächsten Schritt gehen können und es nun bald an Schweinen testen.