Nanosponge Mops Up MRSA Toxin im Blutkreislauf

Wissenschaftler in den USA haben winzige Schwämme aus Nanopartikeln entwickelt, die als rote Blutkörperchen getarnt sind und eine Vielzahl gefährlicher Giftstoffe im Blut aufnehmen können, beispielsweise von Bakterien wie MRSA und E coliund sogar Schlangen- und Bienengift. Sie schlagen vor, dass ihre Technologie, von der bisher gezeigt wurde, dass sie bei Mäusen funktioniert, einen neuen Weg bietet, um Toxine zu entfernen, die von einer Vielzahl von Krankheitserregern verursacht werden.
Das Team vom Department of NanoEngineering und dem Moores Cancer Center der Universität von Kalifornien (UC), San Diego, berichtet über seine Ergebnisse in der Online-Ausgabe der Zeitschrift vom 14. April Natur Nanotechnologie.
Das Nanoengineering beschäftigt sich mit der Manipulation von Materialstücken, die so klein sind, dass sie in Nanometern oder einem Milliardstel Meter (10 minus 9 Meter) gemessen werden. Es würde eine Million Materialstücke benötigen, die in Nanometer gemessen werden, um den Kopf einer Nadel zu bedecken.
In diesem Fall haben die von den Forschern entwickelten "Nanoschwämme" einen Durchmesser von etwa 85 Nanometern und bestehen aus einem biokompatiblen Polymerkern, der in Membranen aus roten Blutkörperchen eingewickelt ist.
Seniorautor Liangfang Zhang, Professor für Nanoengineering an der UC San Diego Jacobs School of Engineering, sagt in einer Presseerklärung, dass ihre Nanoschwämme eine neue Möglichkeit bieten, Giftstoffe aus dem Blutkreislauf zu entfernen:
"Anstatt spezifische Behandlungen für einzelne Toxine zu entwickeln, entwickeln wir eine Plattform, die Giftstoffe neutralisieren kann, die durch eine Vielzahl von Krankheitserregern verursacht werden, einschließlich MRSA und anderen antibiotikaresistenten Bakterien."
Zhang und Kollegen schlagen außerdem vor, dass ihre Arbeit zu nicht artspezifischen Behandlungen für giftige Schlangenbisse und Bienenstiche führen könnte. Dies würde es wahrscheinlicher machen, dass Risikopersonen und die Fachleute, die sie behandeln, lebensrettende Therapien zur Verfügung haben, wenn sie sie am dringendsten benötigen.

Nanospongs zerstören eine Reihe von porenbildenden Toxinen, zB von MRSA

Die Nanoschwämme sind in der Lage, "porenbildende Toxine" zu zerstören, also Mittel, die Zellen zerstören, indem sie Löcher in ihre Membranen bohren.
Da sie unabhängig von ihrer molekularen Zusammensetzung verschiedene porenbildende Toxine absorbieren können, bieten sie einen deutlichen Vorteil gegenüber anderen Anti-Toxin-Technologien, bei denen jeder Toxintyp sein eigenes maßgeschneidertes Anti-Toxin haben muss, sagt das Team.
Für die Studie testeten Zhang und Kollegen, wie gut ihre Nanoschwämme mit Alpha-Hämolysin-Toxin von MRSA in Mäusen umgehen.
Die Injektion der Nanoschwämme in die Mäuse ermöglichte es 89% von ihnen, letale Dosen des Toxins zu überleben. Die Verabreichung der Injektion nach der tödlichen Dosis führte zu einer Überlebensrate von 44%.
Das Team möchte mit ihrem Ansatz zugelassene Therapien entwickeln. Eine der ersten Anwendungen, die sie entwickeln wollen, ist eine Behandlung für MRSA, weshalb sie sich dafür entschieden, eines der giftigsten Toxine zu untersuchen, das das resistente Bakterium produziert.

Nanospongs mit roter Blutkörperchenmembran

Eine der ersten Arten von Zellen, die porenbildende Toxine angreifen, sobald sie in den Körper gelangen, sind rote Blutkörperchen. Wenn eine Gruppe von Toxinen dieselbe Zelle durchsticht, bildet sie eine Pore, in die ein unkontrollierter Ionenfluss gerät, wodurch die Zelle stirbt.
In der Membran der roten Blutkörperchen sehen die Nanssponges wie rote Blutkörperchen aus und dienen als Lockvögel, um die Toxine zu sammeln. Die Schwämme absorbieren die schädlichen Giftstoffe und lenken sie so von ihren zellulären Zielen ab.
Um die Nanoschwäche in den Membranen oder Häuten der roten Blutkörperchen zu bedecken, trennte das Team zuerst die roten Blutkörperchen von einer kleinen Blutprobe in einer Zentrifuge und legte sie dann in eine Lösung, die sie anschwellen ließ und platzte. Dies setzt das Hämoglobin frei und hinterlässt die Haut der roten Blutkörperchen.

Dann mischten sie die Haut der roten Blutkörperchen mit den kugelförmigen Nanoschwämmen, bis sie mit der Membran der roten Blutzellen überzogen waren.
Aufgrund der enthaltenen Schuppen hat nur eine Blutzellmembran genug Haut, um viele Tausende von Nanoschwämmen zu bedecken (die Schwämme sind etwa 3000 kleiner als ein rotes Blutkörperchen).

Nanosponses verkleidet, wie rote Blutkörperchen Immunsystem abwälzen

Ein weiterer Vorteil der Abdeckung der Nanoschwellen in den Membranen der roten Blutkörperchen ist, dass sie eine Weile im Blutkreislauf überleben können, bevor sie vom Immunsystem angegriffen werden.
In einer früheren Studie hatte das Team bereits gezeigt, wie Nanopartikel, die als rote Blutkörperchen getarnt sind, verwendet werden könnten, um Krebsmedikamente direkt an Tumore zu liefern.
In dieser Studie hatten die Nansponges eine Halbwertszeit von 40 Stunden im Blutkreislauf der Mäuse. Schließlich wurden sowohl die Nanoschwämme als auch ihre eingefangenen toxischen Belastungen in der Leber ohne erkennbare Schäden sicher abgebaut.

Jeder Nanosponge nimmt eine Menge toxischer Moleküle auf

Nur eine Dosis der Nanoschwämme reicht aus, um den Blutkreislauf zu überfluten, die Anzahl der roten Blutkörperchen zu übersteigen und die Toxine abzufangen.
Beim Experimentieren mit den Schwämmen in Reagenzgläsern stellte das Team fest, dass jeder Nanospon in Abhängigkeit vom Toxin einige Moleküle jedes Toxins absorbieren konnte.
Zum Beispiel kann ein einzelner Nanoschwamm etwa 85 Moleküle des Alpha-Hämolysin-Toxins, das MRSA produziert, aufwischenoder 30 Stretpolysin-O-Toxine oder 850 Melittin-Monomere, beide Toxine in Bienengift.

Bei Mäusen stellten die Forscher fest, dass Nanoschwämme und Alpha-Hämolysin-Toxin in einem Verhältnis von 1 Nanoschwamm zu allen 70 Toxinmolekülen injiziert wurden, neutralisierten das Toxin und verursachten keinen nachweisbaren Schaden.
Das Team will nun die Nanoschwämme in klinischen Studien testen.
Mittel der National Science Foundation, des National Institute of Diabetes und der Digestive and Kidney Diseases trugen zur Finanzierung der Studie bei.
Nanoengineering ist ein schnell wachsendes Gebiet, das Materialien mit bemerkenswert vielfältigen und neuen Eigenschaften und mit enormem Potenzial in vielen Bereichen, vom Gesundheitswesen bis hin zu Bau und Elektronik, herstellt.In der Medizin verspricht die Nanotechnologie die Arzneimittelabgabe, Gentherapie, Diagnostik und viele Bereiche der Forschung, Entwicklung und, wie diese Studie zeigt, die klinische Anwendung zu revolutionieren.
Wissenschaftler glauben auch, dass Nanowissenschaft und Nanotechnologie der Gehirnaktivitätskartierung für das Gehirn helfen könnten, was das Humangenomprojekt für die Genetik getan hat.

Geschrieben von Catharine Paddock