Mit Nanostrukturen gegen Antibiotika-Resistenz

Peptide vs. Superkeime

17.10.2016 | CORNELIA ZOGG
Verschiedene Peptide wirken antibakteriell – nur werden sie im menschlichen Körper viel zu schnell zersetzt, als das sie ihre Wirkung entfalten könnten. Empa-Forschenden ist es nun gelungen, Peptide in eine Art Schutzmantel zu hüllen, was ihre Lebensdauer im menschlichen Körper verlängern könnte. Ein wichtiger Schritt, denn Peptide gelten als eine mögliche Lösung im Kampf gegen Antibiotika-resistente Bakterien.
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Eine Röntgenkapillare die gerade befüllt wird, um den Nanocarrier im Röntgengerät zu analysieren. Bild: Empa

Sie kommen in vielen Lebewesen vor und gelten als natürliche Waffe gegen Bakterien im Körper: so genannte antimikrobielle Peptide. Sie bieten eine mögliche – und inzwischen auch dringend benötigte – Alternative zu konventionellen Antibiotika, konnten aber bisher klinisch nicht erfolgreich eingesetzt werden. Der Grund liegt in ihrer Struktur, die dafür sorgt, dass sich Peptide im Innern des menschlichen Körpers relativ schnell zersetzen, noch ehe sie ihre antibakterielle Wirkung entfalten können.

In der Empa-Abteilung «Biointerfaces» in St. Gallen ist es einem Team unter der Leitung von Stefan Salentinig in Zusammenarbeit mit der Universität Kopenhagen nun gelungen, eine Art Shuttlesystem aus flüssig-kristallinen Nanomaterialien zu entwickeln (so genannte «Nanocarriers»), die die Peptide schützen und somit sicher an den Zielort bringen können. Die Resultate der Studie wurden kürzlich im «Journal of Physical Chemistry Letters» publiziert. Die entwickelten «Nanocarrier» bestehen aus sogenannt strukturbildenden Lipiden, welche die antibakteriellen Peptide beherbergen und sie je nach Art der Struktur festhalten oder abgeben können. Erste Tests mit Bakterienkulturen haben gezeigt, dass die Peptide von den «Nanocarriern» komplett eingeschlossen werden und somit stabil bleiben. Sobald sie allerdings freigesetzt werden, entfalten sie ihre volle Wirkung und zeigen sich äusserst effektiv im Kampf gegen die Bakterien.

Peptide sind gut – Peptide und Nanokapsel besser
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Die Peptide befinden sich innerhalb der Schutzhülle des «Nanocarriers». Sobald sich die Struktur des «Nanocarriers» durch äussere Einflüsse verändert, entfaltet sich die antimikrobielle Aktivität der Peptide.

Den Wissenschaftlern ist eine weitere Eigenschaft des Nanoträgers aufgefallen. Peptide wirken im «Alleingang» bereits effektiv gegen Bakterien – in Kombination mit ihrer Trägerstruktur allerdings noch wesentlich stärker. So sorgt die entwickelte Schutzhülle aus Lipiden nicht nur dafür, dass die Peptide sicher an ihren Wirkungsort gelangen, sondern verstärkt zusätzlich ihre Wirkung am Zielort. Die Forschungsarbeit der Empa und der Universität Kopenhagen könnte also ein erster Schritt im erfolgreichen Kampf gegen Antibiotika-resistente Bakterien sein, denn Peptide nutzen einen anderen Wirkmechanismus als Antibiotika und zerstören die Membran der Bakterien. Dagegen sind selbst Antibiotika-resistente Superkeime nicht gewappnet. «Natürlich können sich die Bakterien irgendwann auch daran anpassen», so Salentinig. Jedoch ginge das nicht von heute auf Morgen; im Kampf gegen multiresistente Bakterien hätte man eine neue Waffe im Arsenal.

In einem nächsten Schritt wollen die Forschenden die Nanoträger so strukturieren, dass sie ihre Wirkung zu einer ganz bestimmten Zeit entfalten. Die Peptide sollen also im Inneren der Nanostruktur geschützt und dann erst bei Bedarf und durch Veränderung der Struktur freigegeben werden. Sozusagen «auf Knopfdruck». Das ist vor allem im medizinischen Bereich äusserst wichtig, beispielsweise bei der Behandlung von offenen Wunden oder für den Einsatz von Kathetern.


Redaktion / Medienkontakt

Literatur
Gontsarik M., Buhmann M., Yaghmur A., Ren Q., Maniura-Weber K., Salentinig S. Antimicrobial Peptide-Driven Colloidal Transformations in Liquid-Crystalline Nanocarriers, The Journal of Physical Chemistry Letters 7(17): 3482-6 (2016), doi:10.1021/acs.jpclett.6b01622

Biointerfaces International 2016
Die Resultate der Empa-Studie wurden kürzlich an der Konferenz «Biointerfaces International 2016» in Zürich vorgestellt. Mehr als 450 Forschende aus dem Forschungs- und Industrieumfeld trafen sich für drei Tage an der Universität Zürich. Organisiert wurde die Konferenz von Marcus Textor (ETH Zürich), Katharina Maniura (Empa) und Werner Rusch und Jörg Güttinger (NTN Innovative Surfaces). Über 60 Vorträge und 170 Poster wurden präsentiert und sorgten dafür, dass die Konferenz ein überragender Erfolg wurde. Weitere Informationen zur Konferenz finden Sie hier.

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