„Nano-Antibiotika“ gegen resistente Keime

Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) und anderen Institutionen hoffen, mit Hilfe von Nanotechnologie, gezieltere Behandlungen für diese resistenten Bakterien zu entwickeln. In einer neuen Studie berichten sie über ein antimikrobielles Peptid, das in einem Silizium-Nanopartikel verpackt ist. Dieses Peptid hat die Anzahl der Bakterien in den Lungen von Mäusen, welche mit dem Lungenentzündungen-verursachenden, gram-negativen Bakterium Pseudomonas aeruginosa infiziert waren, drastisch reduziert.

Dieser Ansatz könnte angepasst werden, um gezielt andere schwer behandelbare bakterielle Infektionen, wie Tuberkulose, zu behandeln.

"Es gibt viele Ähnlichkeiten in den Arzneistoffabgabe-Herausforderungen. Bei Infektionen und bei Krebs, lautet die Devise selektiv etwas zu töten, mit einem Medikament, welches potenzielle Nebenwirkungen hat", sagt Sangeeta Bhatia, die John und Dorothy Wilson Professorin für Gesundheitswissenschaften und Technologie und Elektrotechnik und Informatik und Mitglied des MIT-Koch-Instituts für Integrative Krebsforschung und Institut für Medizintechnik und Wissenschaft.

Bhatia ist die Leiterin der Studie, welche in der Zeitschrift Advanced Materials erschienen ist.

Synergistische Peptide

Da Bakterien zunehmend resistent gegen traditionelle Antibiotika werden, ist eine Alternative, welche erforscht wird, die antimikrobiellen Peptide - natürlich vorkommende defensive Proteine, die viele Arten von Bakterien töten können, indem sie zelluläre Targets wie Membranen und Proteine oder zelluläre Prozesse wie Proteinsynthese stören.

Vor einigen Jahren begannen Bhatia und ihre Kollegen die Möglichkeit, antimikrobielle Peptide gezielt mit Nanopartikeln zu verabreichen, zu erforschen. Sie haben auch versucht ein antimikrobielles Peptid mit einem anderen Peptid zu kombinieren, das dem Medikament helfen würde, die Bakterienmembranen zu passieren. Dieses Konzept basiert auf früheren Arbeiten, die darauf hindeuten, dass diese "Tandem-Peptide" Krebszellen effektiv töten könnten.

Für das antimikrobielle Peptid wählten die Forscher ein synthetisches Bakterientoxin namens KLAKAK. Sie befestigten dieses Toxin an einer Vielzahl von "trafficking peptides", die mit Bakterienmembranen wechselwirken. Von 25 getesteten Tandem-Peptiden erwies sich eine Kombination von KLAKAK und einem Peptid namens Lactoferrin als optimal. Diese Kombination war  gegen Pseudomonas aeruginosa um das 30-fache wirksamer, als die einzelnen Peptide alleine. Es hatte zudem nur minimale toxische Effekte auf menschliche Zellen.

Um die weiteren möglichen Nebenwirkungen zu minimieren, verpackten die Forscher die Peptide in Silizium-Nanopartikel, die verhindern, dass die Peptide zu früh freigesetzt werden und das Gewebe auf dem Weg zu ihren Zielen schädigen. Für diese Studie verabreichten die Forscher die Partikel direkt in die Trachea. Für den menschlichen Gebrauch planen sie jedoch eine Version zu entwerfen, die inhaliert werden könnte.

Nachdem die Nanopartikel an Mäuse mit einer aggressiven bakteriellen Infektion abgegeben wurden, hatten diese Mäuse danach nur noch etwa einen Millionstel der Anzahl Bakterien in ihren Lungen im Vergleich zu unbehandelten Mäuse, und sie überlebten länger. Die Forscher fanden auch heraus, dass die Peptide Stämme von medikamentenresistenten Pseudomonas, die von Patienten genommen und im Labor vermehrt wurden, töten können.

Konzepte adaptieren

Infektionskrankheiten sind ein ziemlich neues Forschungsgebiet für Bhatias Labor, welches die letzten 17 Jahre hauptsächlich damit verbracht hat, Nanomaterialien zu entwickeln, um Krebs zu behandeln. Vor ein paar Jahren begann sie an einem Projekt zu arbeiten, das von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) finanziert wurde, um gezielte Behandlungen für Gehirninfektionen zu entwickeln. Dies hat zum neuen Lungeninfektionsprojekt geführt.

„Wir haben viele Konzepte aus unserer Arbeit an Krebs übernehmen können, zum Beispiel das Erhöhen lokaler Konzentrationen der „Fracht“, welche danach zur selektiven Interaktion mit dem Ziel gebracht wurde. Das Ziel sind jetzt nur Bakterien statt Tumore.“, sagt Bhatia.

Sie arbeitet jetzt daran, ein anderes Peptid zu integrieren, das dazu beitragen würde, antimikrobielle Peptide an die richtige Stelle im Körper zu richten. Ein ähnliches Projekt beinhaltet die Verwendung von Trafficking-Peptiden, um bestehende Antibiotika, die grampositive Bakterien töten, zu unterstützen, damit diese die Doppelmembran von gramnegativen Bakterien passieren können.

Quelle: nanowerk news