Forscher der São Paulo State University (UNESP) in Brasilien haben eine kostengünstige Technologie mit Nanopartikeln entwickelt, die mit Antibiotika und anderen antimikrobiellen Verbindungen beladen sind und bei mehreren Angriffen auf Infektionen durch das Bakterium eingesetzt werden können, das für die meisten Fälle von Tuberkulose verantwortlich ist.
Über die Arbeit wird in einem Artikel berichtet veröffentlicht im Tagebuch Kohlenhydratpolymere. Ergebnisse von In-vitro-Tests deuten darauf hin, dass dies die Grundlage für eine Behandlungsstrategie zur Bekämpfung multiresistenter Bakterien sein könnte.
Nach Angaben des brasilianischen Gesundheitsministeriums wurden im Jahr 2022 rund 78.000 Tuberkulosefälle gemeldet, 5 % mehr als im Vorjahr und mehr als in jedem anderen Land Amerikas. Neben dem Anstieg der Inzidenz steigt auch die Zahl der Fälle mit multiresistenten Stämmen.
Der Haupterreger der Krankheit ist der Bazillus Mycobacterium tuberculosis, eines der tödlichsten Bakterien, die Wissenschaftlern bekannt sind. Die Übertragung erfolgt durch das Einatmen von Bakterien, die in die Lungenbläschen wandern, dort eine Entzündung der Atemwege verursachen und schließlich das Lungengewebe zerstören.
Der Einsatz von Nanotechnologie ist eine der neuartigen Behandlungsstrategien, die von Wissenschaftlern auf der ganzen Welt als die vielversprechendste gegen multiresistente Stämme von M. tuberculosis angesehen werden. Die UNESP-Studie analysierte die antituberkuläre Aktivität von Nanopartikeln, die N-Acetylcystein (ein rezeptfreies Nahrungsergänzungsmittel), Chitosan (eine natürliche Verbindung, die aus dem Außenskelett von Schalentieren gewonnen wird) und ein antimikrobielles Peptid, das ursprünglich aus der Haut einer brasilianischen Froschart isoliert wurde, umfassten und Rifampicin (ein Antibiotikum, das häufig zur Behandlung von Tuberkulose eingesetzt wird).
Die Ergebnisse zeigten, dass die Nanopartikel das Fortschreiten der Krankheit deutlich hemmten und die Resistenz gegen das Medikament überwanden, ohne Zellschäden zu verursachen.
In-vitro-Tests wurden mit M. tuberculosis-infizierten Fibroblasten, den wichtigsten im Bindegewebe aktiven Zellen, und Makrophagen, Zellen des angeborenen Immunsystems und einer Schlüsselkomponente der Erstverteidigung gegen Krankheitserreger, durchgeführt.
„Rifampicin gilt für bestimmte Stämme des Bazillus als veraltet, aber in unserer Studie haben wir es mit antimikrobiellen Peptiden revitalisiert und optimiert, die nachweislich bei der Bekämpfung der Krankheit helfen“, sagte Laura Maria Duran Gleriani Primo, Erstautorin des Artikels und an Bachelor-Student an der School of Pharmaceutical Sciences der UNESP.
„Diese Peptide interagieren mit verschiedenen Rezeptoren in verschiedenen Teilen des Bakteriums, sowohl in der Membran als auch im Periplasma. Wir fanden heraus, dass sie Rifampicin revitalisierten, das in Makrophagen noch aktiver wurde“, sagte Cesar Augusto Roque-Borda, Mitautor der Studie und einen Ph.D. Kandidat im UNESP-Programm für Graduiertenstudien in Biowissenschaften und pharmazeutischer Biotechnologie. Das Periplasma ist eine Region von Bakterienzellen, die zwischen der inneren Zytoplasma- und der äußeren Bakterienmembran der Zellhülle liegt.
Zukunftsaussichten
Die herkömmliche Behandlung von Tuberkulose erfordert die gleichzeitige Anwendung mehrerer Antibiotika über einen Zeitraum von sechs Monaten bis etwa zwei Jahren, abhängig von der Reaktion des Patienten und der Resistenz des Bakteriums. Die Forscher gehen davon aus, dass ihre Technik diese Zeit verkürzen wird.
„Aus der Studie wissen wir, dass es möglich ist, eine beträchtliche Konzentration an Antibiotika und Peptiden in Makrophagen einzuführen – genug, um die Wirkung der Behandlung zu verstärken“, sagte Fernando Rogério Pavan, letzter Autor des Artikels und Professor an der School of Pharmaceutical Sciences der UNESP . „Unsere Erwartungen an die zukünftige Forschung umfassen den Einsatz dieser Art von Nanotechnologie mit anderen Medikamenten und Medikamenten mit langsamer Freisetzung, damit Patienten ihre Medikamente nicht jeden Tag einnehmen müssen.“
Der nächste Schritt besteht darin, die In-vitro-Ergebnisse durch In-vivo-Versuche zu bestätigen und den Einsatz der Nanopartikel zur Bekämpfung anderer Krankheiten zu untersuchen, die über einen längeren Zeitraum behandelt werden müssen.
Mehr Informationen:
Laura Maria Duran Gleriani Primo et al, Antimikrobielle Peptide, die auf die Oberfläche von N-Acetylcystein-Chitosan-Nanopartikeln gepfropft sind, können Arzneimittel gegen klinische Isolate von Mycobacterium tuberculosis revitalisieren. Kohlenhydratpolymere (2023). DOI: 10.1016/j.carbpol.2023.121449