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Als Blutzelle getarnte Nanopartikel bekämpft bakterielle Infektionen
Ein Nanopartikel, der in eine Membran der roten Blutkörperchen eingehüllt ist, kann Giftstoffe aus dem Körper entfernen und könnte verwendet werden, um bakterielle Infektionen zu bekämpfen, so eine heute in Natur Nanotechnologie .
Clevere Verkleidung: Diese Transmissionselektronenmikroskop-Aufnahme zeigt einen Kern aus polymeren Nanopartikeln, der von einer echten Membran aus roten Blutkörperchen umgeben ist.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Nanopartikel verwendet werden könnten, um Giftstoffe zu neutralisieren, die von vielen Bakterien produziert werden, einschließlich einiger, die antibiotikaresistent sind, und der Giftigkeit von Schlangen- oder Skorpionangriffen entgegenwirken könnten, sagt Liangfang Zhang , Professor für Nanotechnologie an der University of California in San Diego. Zhang leitete die Forschung.
Die Nanoschwämme wirken, indem sie auf sogenannte porenbildende Toxine abzielen, die Zellen töten, indem sie Löcher in sie stechen. Porenbildende Toxine sind eine der am häufigsten vorkommenden Klassen von Proteintoxinen in der Natur und werden von vielen Arten von Bakterien sezerniert, einschließlich Staphylococcus aureus , von denen antibiotikaresistente Stämme, sogenannte MRSA, in Krankenhäusern weltweit endemisch sind und jährlich Zehntausende von Todesfällen verursachen. Sie sind auch in vielen Arten von Tiergiften enthalten.
Es gibt eine Reihe bestehender Therapien, die auf die molekulare Struktur porenbildender Toxine abzielen und ihre zelltötenden Funktionen deaktivieren. Sie müssen jedoch an verschiedene Krankheiten und Zustände angepasst werden, und es gibt über 80 Familien dieser schädlichen Proteine mit jeweils unterschiedlicher Struktur. Mit der neuen Nanoschwamm-Therapie, sagt Zhang, können wir jeden einzelnen neutralisieren, unabhängig von seiner molekularen Struktur.
Es ist ein Wrap: Diese Abbildung zeigt, wie der feste Polymerkern (grün) des Nanoschwamms von einer roten Blutkörperchenmembran (rot) umgeben ist. Die blauen Strukturen repräsentieren absorbierte Giftstoffe.
Zhang und seine Kollegen wickelten echte Membranen von roten Blutkörperchen um biokompatible Polymer-Nanopartikel. Ein einzelnes rotes Blutkörperchen liefert genug Membranmaterial, um über 3.000 Nanoschwämme mit einem Durchmesser von jeweils etwa 85 Nanometern (ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter) herzustellen. Da rote Blutkörperchen ein primäres Ziel von porenbildenden Toxinen sind, wirken die Nanoschwämme im Blutkreislauf als Köder, absorbieren die schädlichen Proteine und neutralisieren ihre Toxizität. Und weil sie so klein sind, werden die Nanoschwämme die echten roten Blutkörperchen im System zahlenmäßig weit übertreffen, sagt Zhang. Dies bedeutet, dass sie eine viel höhere Chance haben, mit Giftstoffen zu interagieren und diese zu absorbieren, und können die Giftstoffe daher von ihren natürlichen Zielen ableiten.
In Tierversuchen zeigten die Forscher, dass die neue Therapie die Überlebensrate von Mäusen, denen eine tödliche Dosis eines der stärksten porenbildenden Toxine verabreicht wurde, stark erhöhte. Leberbiopsien mehrere Tage nach der Injektion ergaben keine Schäden, was darauf hindeutet, dass die Nanoschwämme zusammen mit den sequestrierten Toxinen sicher verdaut wurden, nachdem sie sich in der Leber angesammelt hatten.
Wenn das Medikament eine behördliche Zulassung erhalten kann, so Zhang, wäre die Hauptanwendung die Behandlung bakterieller Infektionen, insbesondere solcher mit antibiotikaresistenten Bakterien. Die Neutralisierung bakteriell produzierter Toxine schützt nicht nur den Körper, sondern kann die Bakterien auch gegen das Immunsystem schwächen, da die Bakterien sich nicht mehr auf die Toxine zum Schutz verlassen können, sagt Zhang. Dies ist eine der Ideen hinter einem relativ neuen Ansatz zur Behandlung von antibiotikaresistenten bakteriellen Infektionen, genannt Antivirulenztherapie .
Zhang sagt, seine Gruppe hoffe, bald klinische Studien mit der Nanoschwamm-Therapie durchführen zu können, und er sei hinsichtlich der Aussichten optimistisch. Das Polymer, aus dem sein Kern besteht, ist bereits von der FDA zugelassen, und die Membran der roten Blutkörperchen ist sicher, da sie dem Körper entnommen wird, sagt er. Im Vergleich zu anderen Medikamenten, sagt Zhang, stelle ich mir viel weniger Hürden für klinische Studien und Zulassungen vor.