Arzneimittelresistente Bakterien - Entwicklung von Nanopartikeln für hohe Antibiotikadosen

Hoch-zielgerichtete Nanopartikel, die riesige Dosen existierender Antibiotika liefern, könnten verwendet werden, um die Abwehrkräfte gegen arzneimittelresistente Bakterien zu überlasten, berichten Forscher vom Brigham and Women's Hospital und vom MIT im Journal ACS Nano. Die Autoren erklärten, dass die Entwicklung neuartiger Antibiotika, die für eine wachsende Anzahl von Bakterien, die gegenüber bestehenden Medikamenten resistent geworden sind, wirksam sind, extrem schwierig geworden ist.
Die Wissenschaftler haben auf dieses Ziel hingearbeitet, indem sie ein Nanopartikel entwickelt haben, das in das Immunsystem eindringt, auf die Infektionsstellen abzielt und anschließend einen konzentrierten Antibiotika-Angriff freisetzt.
Laut Aleks Radovic-Moreno, einem Absolventen des MIT-Programms, würde diese Strategie die Nebenwirkungen einiger Antibiotika verringern und die nützlichen Bakterien schützen, die normalerweise im menschlichen Körper leben.
Die neuen Nanopartikel wurden aus einem Polymer hergestellt, das mit Polyethylenglycol (PEG) verschlossen ist, das wegen seiner ungiftigen Eigenschaften häufig für die Wirkstoffabgabe verwendet wird und dazu beiträgt, Nanopartikel durch den Blutkreislauf zu transportieren, ohne vom Immunsystem entdeckt zu werden. Die Forscher induzierten dann die Partikel gezielt auf Bakterien. Frühere Versuche, Teilchen gegen Bakterien zu richten, indem sie ihnen eine positive Ladung verliehen wurde, die sie an die negativ geladenen Zellwände von Bakterien anlockt, waren nicht erfolgreich, da das Immunsystem dazu neigt, positiv geladene Nanopartikel aus dem Körper zu entfernen, bevor sie auf Bakterien treffen.
Dem Team gelang es, diese Hürde zu überwinden, indem Antibiotika-tragende Nanopartikel entwickelt wurden, die ihre Ladung abhängig von ihrer Umgebung wechseln können. Während sie im Blutkreislauf zirkulieren, ist die Ladung der Partikel leicht negativ, doch wenn sie auf eine Infektionsstelle treffen, gewinnen sie eine positive Ladung, die es ihnen erlaubt, sich fest an Bakterien zu binden und ihre Drogennutzlast freizusetzen.
Der Schalter wird wegen der leicht sauren Umgebung von Bakterien aufgerufen. Infektionsstellen können im Vergleich zu normalem Körpergewebe etwas saurer sein, da sich die Bakterien, die Krankheiten verursachen, schnell vermehren und Sauerstoff abbauen. Zu wenig Sauerstoff führt jedoch zu einer Veränderung des bakteriellen Stoffwechsels, was zur Bildung organischer Säuren führt. Die Immunzellen des Körpers versuchen zu helfen - Neutrophile Zellen produzieren Säuren, um die Bakterien zu konsumieren.
Die Nanopartikel weisen eine pH-empfindliche Schicht auf, die aus langen Ketten der Aminosäure Histidin direkt unterhalb der äußeren PEG-Schicht besteht. Wenn der pH-Wert von 7 auf 6 fällt, d. H. Wenn er saurer wird, neigt das Polyhistidinmolekül dazu, Protonen zu erhalten, die dem Molekül eine positive Ladung verleihen.
Die Nanopartikel beginnen mit der Freisetzung ihrer Drogennutzlast, die in den Kern der Partikel eingebettet ist, sobald sie an Bakterien binden. Die Forscher entwickelten die Partikel zur Abgabe von Vancomycin, das zur Behandlung von arzneimittelresistenten Infektionen verwendet wird. Es ist jedoch möglich, die Partikel so zu modifizieren, dass sie andere Antibiotika oder Kombinationen von Medikamenten abgeben. Mit zunehmendem Säuregehalt verlieren viele Antibiotika ihre Wirksamkeit. Das Team entdeckte jedoch, dass Antibiotika, die von Nanopartikeln getragen wurden, ihre Wirksamkeit besser als herkömmliche Antibiotika hielten. Die aktuelle Version von Nanopartikeln entlädt ihre Drogen-Nutzlast über ein bis zwei Tage.
Radovic-Moreno Kommentare:
"Sie wollen nicht nur einen kurzen Schub von Drogen, weil Bakterien sich erholen können, sobald die Droge weg ist. Sie wollen eine verlängerte Freisetzung von Droge, so dass Bakterien ständig mit großen Mengen von Droge geschlagen werden, bis sie ausgerottet sind."
Die Forscher sagen, dass, obwohl weitere Entwicklung benötigt wird, sie glauben, dass die hohen Dosen, die ihre Partikel liefern, schließlich dazu beitragen könnten, die bakterielle Resistenz zu überwinden.
Radovic-Moreno schließt:

"Wenn Bakterien arzneimittelresistent sind, bedeutet das nicht, dass sie nicht mehr reagieren, sondern nur noch in höheren Konzentrationen. Und der Grund, warum man sie nicht klinisch erreichen kann, ist, dass Antibiotika manchmal toxisch sind oder nicht diese Infektionsstelle lang genug. "

Der Ansatz muss sich möglicherweise mit einem möglichen Hindernis befassen, da es auch negativ geladene Gewebezellen und Proteine ??an Infektionsstellen gibt, die in der Lage sind, mit Bakterien bei der Bindung an Nanopartikel zu konkurrieren und sie möglicherweise daran hindern, sich an Bakterien zu binden. Die Forscher untersuchen derzeit, in welchem ??Ausmaß dies die Wirksamkeit ihrer Nanopartikelabgabe begrenzen könnte; Sie werden auch Tierstudien durchführen, um festzustellen, ob die Partikel im Körper pH-empfindlich bleiben und lange genug zirkulieren, um ihre Ziele zu erreichen.
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Geschrieben von Petra Rattue