Forscher stellen Singulett-Sauerstoffbatterie zur Bekämpfung multiresistenter Krankheitserreger vor

Bei der antibakteriellen photodynamischen Therapie werden durch Bestrahlung reaktive Sauerstoffspezies erzeugt, die Bakterien abtöten. Da hierfür externes Licht und Sauerstoff erforderlich sind, eignet sich diese Methode nur für oberflächliche Infektionen.

Im Tagebuch Angewandte ChemieEin chinesisches Forscherteam hat nun eine molekulare „Singulett-Sauerstoffbatterie“ vorgestellt, die mit reaktivem Sauerstoff „aufgeladen“ werden kann, den sie dann in tiefe Gewebeschichten freisetzt, um Methicillin-resistente Staphylokokken anzugreifen.

Antibiotikaresistente Bakterien sind auf dem Vormarsch. Obwohl für gesunde Menschen oft harmlos, nutzen gefürchtete multiresistente „Krankenhauserreger“ wie der Methicillin-resistente Staphylococcus aureus (MRSA) Verletzungen oder frische Operationswunden, um in den Körper einzudringen. Sie infizieren auch immungeschwächte Patienten. Da Antibiotika nicht wirksam sind, gibt es manchmal keine Abhilfe.

Eine vielversprechende Alternative ist die antibakterielle photodynamische Therapie, die in der Zahnheilkunde bereits weit verbreitet ist. Bei dieser Technik wird eine durch Licht aktivierte Substanz (Photosensibilisator) bestrahlt, wodurch eine photodynamische Reaktion ausgelöst wird, die Singulett-Sauerstoff (1O2) erzeugt, eine angeregte Form von Sauerstoff.

Im Gegensatz zu Antibiotika greift dieser Stoff gleichzeitig mehrere biomolekulare Stellen der Bakterien an. Es ist einfach anzuwenden, sicher, schmerzlos und im Allgemeinen frei von Nebenwirkungen. Leider hat es sich bisher nur bei oberflächlichen Infektionen bewährt, da das nötige Licht nur wenige Millimeter in das Gewebe eindringt. Darüber hinaus verfügen auch tiefere Gewebeschichten nicht über ausreichend Sauerstoff für eine wirksame Behandlung.

Ein Team um Bingran Yu und Fu-Jian .

Zunächst erfolgt die Umwandlung von Sauerstoff in reaktiven Singulett-Sauerstoff durch Bestrahlung in Gegenwart eines lichteinfangenden Moleküls (Photosensibilisator). Die „Batterie“ wird mit dem Singulett-Sauerstoff „geladen“. Diese „Batterie“ besteht aus einem speziellen stickstoffhaltigen sechsgliedrigen Ring aus Kohlenstoffatomen (Pyridon), der den Singulett-Sauerstoff fest bindet.

Das reaktive Sauerstoffmolekül überbrückt zwei gegenüberliegende Ecken des Rings (Endoperoxid). Ein an den Ring gebundenes Peptid „erkennt“ gezielt MRSA-Bakterien, sodass sich die molekularen Batterien um und in den Bakterien ansammeln und kontinuierlich ihren Singulett-Sauerstoff abgeben.

Dadurch werden die Bakterien gleichzeitig an vielen verschiedenen Stellen angegriffen, darunter an ihrer Membran, DNA, Enzymen und anderen Proteinen. Dadurch ist eine Resistenzentwicklung praktisch ausgeschlossen. Bei der Verabreichung an Mäuse durch Vernebelung erwies sich die Singulett-Sauerstoffbatterie als sehr wirksam bei der Behandlung von durch MRSA verursachten Lungeninfektionen. Systemische Nebenwirkungen wurden nicht beobachtet.