Wenn Pilze gefährlich werden – Anwendung der Nanotechnologie gegen Infektionskrankheiten

Candida albicans ist ein häufig vorkommender Hefepilz, der in gesunden Menschen lebt, ohne bemerkt zu werden. Ist eine Person jedoch krank oder in seiner/ihrer körpereigenen Immunabwehr unterdrückt, kann der Pilz plötzlich zu einem schwerwiegenden Problem werden. Ein Mikroorganismus wie C. albicans kann sogar tödlich werden, wenn er Oberflächen medizinischer Implantate im menschlichen Körper besiedelt. Dann formen die Mikroben einen so genannten Biofilm, beispielsweise auf einem Katheter, von dem aus sie anschliessend in die Blutbahn und so in den ganzen Körper gelangen können und Organe infizieren.

«Die Sterblichkeitsrate in einigen Patientengruppen kann bis zu 30 oder 40 Prozent sein, sogar wenn sie behandelt werden. Wenn der Pilz einmal besiedelt hat, ist er hochgradig resistent gegen anti-mykotische Behandlungen», erklärt Professor Traven vom Biomedicine Discovery Institute (BDI) der australischen Monash University. «Ideal wäre, wenn die Infektion früher festgestellt werden könnte, denn dann sind die Chancen einer erfolgreichen Behandlung mit den vorhandenen Anti-Mykotika viel höher. So kann eine systemische Infektion gestoppt werden, aber die momentanen Erkennungsmethoden reichen dazu nicht aus. Ein Biosensor zur Erkennung früher Stadien der Kolonisierung wäre von grossem Nutzen.»

Dem hat sich ein interdisziplinäres Forschungsteam aus Mikrobiologen, Immunologen und Ingenieuren unter Leitung von Prof. Traven und Dr. Simon Corrie vom Department of Chemical Engineering angenommen. Die Forscher haben die Effekte von Silica-Nanopartikeln und den Einfluss verschiedener Parameter darauf untersucht, ob und wie sie mit C. albicans sowie Immunzellen im Blut interagieren. Zu den Parametern gehörten verschiedene Grössen der Partikel, unterschiedliche Konzentrationen sowie variierende Oberflächenmaterialien. Beobachtet wurde, dass die Nanopartikel an die Zellen des Pilzes gebunden haben, ohne dass sie toxisch waren. «Die Nanopartikel töten den Mikroorganismus nicht, wir haben aber die Möglichkeit, ein anti-mykotisches Partikel zu kreieren, indem wir bekannte Fungizide an die Nanopartikel anbinden», erklärt Prof. Traven. Ferner konnten die Forscher zeigen, dass die Partikel auch an weisse Blutkörperchen des Menschen, so genannten Neutrophile, binden und ebenfalls nicht toxisch sind. «Somit haben wir herausgefunden, dass diese Nanopartikel und folglich auch eine Vielzahl anderer Nanopartikel an Zellen von Interesse gebunden werden können», fasst Dr. Corrie zusammen. «Wir können die Oberflächeneigenschaften verändern, indem wir unterschiedliche Dinge anhängen. Damit können wir gezielt beeinflussen, welche Wechselwirkungen die Partikel mit den Zellen haben – das ist wirklich bemerkenswert!».

Dr. Corrie bemerkt, dass Nanopartikel vor allem im Zusammenhang mit Krebsbehandlung untersucht werden. Die Verwendung von Nanotechnologie im Bereich der Infektionskrankheiten hinkt im Vergleich damit stark hinterher, trotz des grossen Potenzials für neue Behandlungsmethoden und Diagnostik. «Einzigartig an dieser Studie ist, dass wir keine Zellkulturen untersucht haben. Stattdessen haben wir betrachtet, wie die Partikel in menschlichem Blut und mit Neutrophilen aus frisch entnommenem Blut interagiert haben», sagt er. Prof. Traven meint, dass die Studie stark von der interdisziplinären Zusammenarbeit profitiert hat. «Wir haben Experten aus der Mikrobiologie, Infektiologie und Immunologie mit einem Ingenieur-Labor zusammengebracht, um diese modernen Experimente durchzuführen», sagt sie.

Die Studie wurde kürzlich im American Chemical Society Journal ACS Applied Interfaces and Material veröffentlicht.

Quelle: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=53993.php

Original article: "Characterization of Key Bio–Nano Interactions between Organosilica Nanoparticles and Candida albicans"