Neues antibakterielles Gel könnte die Behandlung von Superinfektionen revolutionieren

In einem exklusiven Gastbeitrag für Medizinische Nachrichten heuteDr. Garry Laverty von der School of Pharmacy an der Queen's University in Belfast, Irland, erläutert, wie er und sein Team ein Peptidgel entwickelt haben, das vielversprechende Ergebnisse gegen sogenannte Superkug-Infektionen zeigt und möglicherweise die Infektionsbehandlung revolutioniert.
Pseudomonas aeruginosa, hier gezeigt an einer Implantatoberfläche, ist einer von vielen resistenten Mikroorganismen.
Bildnachweis: Dr. Laverty

Die Resistenz gegen antimikrobielle Mittel ist eines der drängendsten Probleme, die die Gesellschaft betreffen, und führt weltweit zu mindestens 700.000 Todesfällen pro Jahr. Wie die Weltgesundheitsorganisation (WHO) 2014 betonte, wächst die Besorgnis über eine erhöhte Resistenz von Mikroorganismen gegenüber den derzeitigen Therapien.

In einem kürzlich veröffentlichten Bericht der britischen Regierung heißt es, dass ohne bedeutende Investitionen in neue Therapien diese Zahl bis 2050 auf mehr als 10 Millionen Todesfälle ansteigen würde, eine Zahl, die höher ist als bei Krebs.

Die Zentren für Krankheitskontrolle und -prävention (CDC) schätzen, dass arzneimittelresistente Bakterien allein in den USA jährlich 2 Millionen Krankheiten und etwa 23.000 Todesfälle verursachen. In Anerkennung der ernsten Bedrohung für die Gesellschaft hat die US-Regierung im Jahr 2015 einen fünfjährigen, 1,2 Milliarden US-Dollar schweren nationalen Aktionsplan zur Bekämpfung antibiotikaresistenter Bakterien veröffentlicht.

Die Entdeckung von antimikrobiellen Mitteln war für die Erhöhung der Sicherheit von chirurgischen Eingriffen, die Verbesserung der Gesundheitsversorgung, die Verbesserung der Lebensqualität und die Verlängerung der Lebenszeit verantwortlich. Bei der Entwicklung neuer antimikrobieller Arzneimittel gibt es jedoch eine gravierende Lücke. Resistente Infektionen sind für hohe Morbiditäts- und Mortalitätsraten verantwortlich und verursachen erhebliches Leid für Patienten, ihre Familienangehörigen und Pflegepersonen.

Die Entdeckung von antimikrobiellen Wirkstoffen war für die Einführung chirurgischer Verfahren und die Weiterentwicklung der Gesundheitsversorgung verantwortlich. Mit zunehmendem Widerstand steigt auch die Wahrscheinlichkeit für ein Alter, in dem Verfahren wie Gelenkersatz, Kaiserschnitt, Chemotherapie, Implantate und Transplantationsoperationen nicht möglich sind und einfache Infektionen abtöten.

Das Problem der implantatbedingten resistenten Infektionen

Besonders problematisch ist die zunehmende Verbreitung resistenter Infektionen bei medizinischen Implantaten wie Hüftprothesen, Herzklappen und Kathetern.

Sie müssen nicht nur durch eine Operation eingeführt werden - was zu einem erhöhten Risiko einer Wundinfektion führt -, sondern die Implantatoberfläche bietet auch eine optimale Umgebung für die Anheftung mikrobieller Pathogene.

Mikroorganismen besiedeln die Implantatoberfläche und werden in eine schützende schleimige Schicht eingebettet, die als Biofilm bezeichnet wird. Sobald sie gebildet sind, sind Mikroorganismen innerhalb des Biofilms vor mechanischer Entfernung, Immunabscheidung geschützt und weisen eine extrem hohe Toleranz gegenüber antimikrobiellen Wirkstoffen auf.

Dies macht solche Infektionen schwierig, wenn nicht unmöglich, mit herkömmlichen antimikrobiellen Mitteln zu behandeln. Implantat-assoziierte Infektionen sind daher eine große Quelle resistenter Krankenhausinfektionen, die wesentlich zur Ausbreitung resistenter Mikroorganismen beitragen, wie z Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA), E coli, Klebsiella pneumoniae und Pseudomonas aeruginosa.

Forscher der School of Pharmacy der Queen's University in Belfast in Nordirland entwerfen auf Basis der natürlichen Bausteine ??von Proteinen und Geweben medizinische Materialien der Zukunft: Peptide.

Peptidgele zeigen vielversprechende Aktivität gegen Superbugs

Diese viel versprechende Strategie hat zur Entwicklung eines Peptid-basierten Gels mit der Fähigkeit geführt, selektiv die resistentesten Krankenhaus-Superbugs einschließlich MRSA zu töten, E coli und Pseudomonas.

Peptide bilden die natürlichen Bausteine ??menschlichen Gewebes und spielen auch eine wichtige Rolle in unserer Immunantwort gegen Infektionen. Daher sind sie ausgezeichnete Kandidaten für die Entwicklung innovativer Therapien und haben sicherlich das Potenzial, die derzeitige Lücke in der antimikrobiellen Arzneimittelentwicklung zu füllen.

Infektion durch Superbugs einschließlich MRSA, E coli und Pseudomonas kann eine Vielzahl von Formen annehmen, einschließlich Haut- und Weichteilinfektionen und an der Oberfläche von medizinischen Implantaten - wie Kathetern und Hüftprothesen.

Unsere Peptidgele zeigen eine vielversprechende Aktivität gegen alle getesteten Superbugs und haben das Potenzial, die Behandlung solcher Infektionen zu revolutionieren. Die Eigenschaften, die die Fähigkeit eines Peptids zur Bildung eines Gels bestimmen, sind sehr ähnlich zu den Prinzipien, die die selektive Aktivität von antimikrobiellen Peptiden gegen Infektion steuern. Unser oberstes Ziel ist es, eine Plattform zu haben, die auf die Entwicklung von Infektionen reagiert, selektiv auf die resistentesten Pathogene abzielt und auf Oberflächen wie implantierten medizinischen Geräten langfristigen Schutz bietet.

Ein Großteil unserer Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit der weltweit führenden Nanomaterialgruppe (der Xu-Gruppe) an der School of Chemistry der Brandeis University in Waltham, MA, durchgeführt. Garry verbrachte 2013 ein Forschungspraktikum. Innerhalb von Brandeis konnte Garry mehr darüber erfahren, wie diese Bausteine ??gewebsähnliche Gele bildeten.

Die Chemie hinter ihrer Fähigkeit, Gele zu bilden, die menschliches Gewebe und Zielinfektionen imitieren, ist an sich aufregend, aber die wahre Herausforderung, auf die sich unsere Gruppe konzentriert, ist die Nutzung ihres Potenzials als nächste Generation von Therapien zum Nutzen von Patienten weltweit.

Es ist uns gelungen, eine Reihe von sehr kurzen Peptidsequenzen zu erzeugen, die einfacher zu synthetisieren und kosteneffektiver sind, verglichen mit grßeren Peptiden und Proteinen, die in der gesamten biomedizinischen Forschung verwendet werden.Sie sind für die pharmazeutische Industrie attraktiver, da es billiger ist, ihre Herstellung zu vergrößern, und daher sind sie eher zum Nutzen der Patienten klinisch übersetzt.

Unsere Forschungsgruppe an der Queen's University in Belfast erweitert die Anwendungsmöglichkeiten für ihre Moleküle um Plattformen für schwer zu verabreichende Medikamente, Tissue Engineering, Wundheilung, Entzündungshemmer und Krebstherapien, in der Hoffnung auf weitere Durchbrüche.

Unsere Moleküle haben viele Vorteile gegenüber den derzeit im Gesundheitswesen verwendeten synthetischen Materialien. Peptide besitzen eine große chemische Vielseitigkeit. Dies wird durch ihre Nutzung in der Natur bewiesen. Sie können verwendet werden, um Materialien mit sehr spezifischen Funktionalitäten und mit dem Potenzial zur Anheftung einer Vielzahl von Molekülen einschließlich Medikamenten zu schaffen. Auf diese Weise entwickeln und erstellen wir biofunktionelle Nanomaterialien.

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