Diabetes-Medikament verbessert die Geschwindigkeit und Wirksamkeit der antibakteriellen Behandlung, berichten Forscher

Laut einem in China ansässigen Forschungsteam lernen alte Hunde vielleicht keine neuen Tricks, aber alte Medikamente können es. Die Zusammenarbeit ergab, dass Metformin, ein niedermolekulares Medikament, das seit mehr als 50 Jahren zur Behandlung von Typ-II-Diabetes eingesetzt wird, die Effizienz und Wirksamkeit antibakterieller Behandlungen für eine schnelle Wundheilung bei Mäusen verbessern kann.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in Nanoforschung.

„Der Missbrauch von Antibiotika hat zu schwerwiegender Bakterienresistenz geführt, mit etwa 1,27 Millionen Todesfällen im Jahr 2019 aufgrund von multiresistenten bakteriellen Infektionen“, sagte der Co-Korrespondenzautor Linlin Li, Professor am Pekinger Institut für Nanoenergie und Nanosysteme der Chinesischen Akademie der Wissenschaften.

„Bakterienresistenz stellt eine fatale Bedrohung für die menschliche Gesundheit dar. Nicht-antibiotische antibakterielle Technologien und antibakterielle Nanoagenzien mit spezifischen katalytischen Aktivitäten produzieren nicht nur toxische Substrate, um Bakterien – einschließlich antibiotikaresistenter Bakterien – direkt abzutöten, sondern können auch das Risiko verringern, dass Bakterien Resistenzen entwickeln zu Drogen.“

Laut Li hat die chemodynamische Therapie seit ihrer Entwicklung im Jahr 2016 als potenzieller Begleiter für Krebstherapien, bakterielle Inaktivierung und Behandlungen von Infektionskrankheiten erhebliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die Therapie verwendet Nanomaterialien, die Übergangsmetalle enthalten, die mit Wasserstoffperoxid reagieren, um Hydroxylradikale zu erzeugen, die erkrankte oder infizierte Zellen schwächen und töten, wodurch sie anfälliger für eine direkte Behandlung werden.

„Die Reaktion erzeugt toxische Hydroxylradikale, die die Zelloberflächenstruktur zerstören und dazu führen, dass die Zelle ihre inneren Komponenten verliert“, sagte Li. „Die Nanowirkstoffe katalysieren nur die Erzeugung von Hydroxylradikalen an der Stelle von Tumoren oder entzündeten Geweben, sodass die Therapie hochspezifisch ist, um die Toxizität außerhalb des Ziels zu reduzieren. Bakterielle Infektionen werden in der Regel auch von Veränderungen der Mikroumgebung begleitet, die für eine chemodynamische Therapie günstig sind.“

Die Forscher wollten die antibakterielle Kraft eines Nanoagens verbessern und gleichzeitig die Toxizität für gesunde Zellen verringern – ein Risiko, das aufgrund der invasiven Art der Infektion schwer zu kontrollieren sein kann.

„Positiv geladene Molekülteile wie quartäre Ammoniumsalze und Chitosan haben intrinsische antibakterielle Wirkungen, indem sie an der Bakterienzellwand adsorbieren, einen Kompartimentwiderstandseffekt erzeugen und schließlich den Bakterientod herbeiführen“, sagte Li. „Metformin ist ein positiv geladenes niedermolekulares Medikament mit berichteten Antikrebs-, immunmodulatorischen und antibakteriellen Wirkungen. Wir spekulierten, dass die Integration von Metformin mit einem Nanoagens für die chemodynamische Therapie die antibakterielle Wirkung verbessern würde.“

Die Forscher rührten Metformin mit Kupferchlorid, um Nanoblätter zu bilden, deren Oberfläche von den Metforminmolekülen bedeckt wurde – was laut Li die positive Ladung des Nanoagens verstärkte und die antibakterielle Wirkung verstärkte.

In-vitro-Tests ergaben eine biokompatible Nanoplattform mit einer besseren Dispergierbarkeit als ein Nanoagens ohne Metformin und einer höheren antibakteriellen Aktivität.

„Im Vergleich zu früheren Berichten, in denen Metformin allein als antibakterielles Mittel verwendet wurde, wurden in unseren Experimenten mit niedrigeren Konzentrationen der Nanoblätter mit sehr kurzer Wirkungszeit hervorragende antimikrobielle Wirkungen erzielt“, sagte Li, der feststellte, dass sie auch die Wirkungen von Metformin in anderen Studien untersuchen biomedizinische Anwendungen zur Entwicklung weiterer Therapien.

Um die Metformin-verkappten Nanoblätter weiter zu testen, etablierten die Forscher ein Modell der Staphylokokken-Infektion in der Haut von Mäusen. Die Mäuse wurden in fünf Gruppen eingeteilt, von denen jede eine Variation der Behandlung erhielt. Die Gruppe, die sowohl die Metformin-Nanoblätter als auch zusätzliches Wasserstoffperoxid zur Förderung der Produktion von Hydroxylradikalen erhielt, hatte die schnellste Wundheilungsrate mit vollständigem Wundverschluss am 12. Tag der Behandlung.

„Diese Arbeit entwickelt nicht nur einen effizienten Nanowirkstoff für die chemodynamische Therapie als alternatives antibakterielles Mittel zur Behandlung von Hautwundeninfektionen, sondern liefert auch Ideen zur Entdeckung neuer Verwendungsmöglichkeiten für alte Medikamente“, sagte Li.

Zur Verfügung gestellt von Tsinghua University Press