Neuartiges Biomaterial liefert Medikamente direkt in den Fischdarm

Ein neuartiges Biomaterial, das an der Bundesuniversität von São Paulo (UNIFESP) in Brasilien entwickelt wurde, kann dabei helfen, zwei Probleme gleichzeitig zu lösen. Als Biopartikel kann es als Wirkstoffträger fungieren und Medikamente direkt in den Magen-Darm-Trakt von Fischen transportieren, um beispielsweise Resistenzen gegen herkömmliche Antibiotika zu umgehen. Darüber hinaus wird es oral in Pulverform verabreicht und ist für Fische äußerst schmackhaft, was die Wahrscheinlichkeit einer wirksamen Behandlung erhöht und gleichzeitig die mit der Medikation dieser Tiere verbundenen Verschwendung und Umweltverschmutzung verringert.

Über die Forschung wird in einem Artikel berichtet veröffentlicht im Tagebuch Fortschritte bei Biomaterialien.

„Unser Biopartikel kann den Verdauungstrakt passieren und Medikamente direkt in den Darm abgeben, wodurch die Wirksamkeit herkömmlicher Medikamente erhöht wird, die durch bakterielle Resistenzen zunehmend beeinträchtigt werden“, sagte Patrick D. Mathews, Mitautor des Artikels. Die Forschung wurde während seiner Zeit als Postdoktorand an der Medizinischen Fakultät (EPM) der UNIFESP durchgeführt.

„Das Material kann direkt ins Wasser verabreicht werden, wo es von den Fischen verzehrt wird. Die normale Verabreichungsmethode besteht darin, Medikamente in das Futter zu mischen, sodass man nie weiß, wie viel tatsächlich verbraucht wird, anstatt nur das Wasser zu verschmutzen. Dies ist zu einem Problem geworden.“ „Das ist ein ernstes Problem für große Fischzuchtunternehmen wie die chilenische Lachsindustrie“, sagte Mathews.

Das Biopartikel basiert auf Chitosan und Alginat, Polysacchariden natürlichen Ursprungs, die in Industrie und Forschung eingesetzt werden. Chitosan wird aus den Schalen von Krebstieren gewonnen, Alginat aus Meeresalgen. Die Formulierung enthält außerdem Arginin, eine Aminosäure, die in den meisten proteinreichen Lebensmitteln vorkommt. Das verwendete antimikrobielle Molekül war ein Peptid, das aus einem Spinnentier aus der südöstlichen Region Brasiliens gewonnen wurde.

Exemplare des Schwarzwelses (Corydoras schwartzi), einer im Amazonasgebiet und anderen Teilen Südamerikas beheimateten Zierfischart, wurden acht Tage lang mit dem Biomaterial behandelt. Die Analyse ihres Darmgewebes zeigte eine hohe Penetration des Biomaterials in Epithelzellen und tiefere Schichten des Organs. Verschiedene histologische Methoden konnten keine zytotoxischen Wirkungen oder andere Schäden durch den Partikel feststellen. Hämatologische Tests bestätigten das Fehlen einer Toxizität in den Blutzellen.

„Wir haben Materialien verwendet, von denen bekannt ist, dass sie nur eine geringe oder keine Zytotoxizität aufweisen. Chitosan hat auch den Vorteil, dass es gut an Schleimhäuten haftet, wie in der Studie gezeigt wurde. Die Tests zeigten auch, dass es den Säuregehalt des Verdauungstrakts verträgt und den Darm unversehrt erreicht“, sagte Omar Mertins , Professor in der Abteilung für Biophysik des EPM-UNIFESP und letzter Autor des Artikels.

Das Material entstand aus zwei von Mertins geleiteten Projekten: „Verbesserung der Eigenschaften des Polysaccharids Chitosan für seine Anwendung in Liposomen und Riesenvesikeln“ Und „Mit Biopolymeren funktionalisiertes Nano-Cubosom in kristalliner Phase: Entwicklung als Wirkstoffträger und In-vivo-Studien am Zebrafisch (Danio rerio).“

Parasiten

In einem vorherige Studie, testeten die Forscher die Wirksamkeit einer ähnlichen Formulierung gegen Parasiten, die dieselbe Fischart befallen. Das Biopartikel lieferte das Anthelminthikum Praziquantel, das häufig zur Behandlung von Krankheiten eingesetzt wird, die durch parasitäre Plattwürmer (Helminthen) verursacht werden.

„Diese und andere Zierfische werden hauptsächlich nach Asien, Europa und in die Vereinigten Staaten exportiert und nehmen eine große Anzahl von Parasiten mit sich. Die Einschleppung neuartiger Krankheitserreger über diese Exporte stellt ein erhebliches Risiko für Ökosysteme und sogar die kommerzielle Produktion dar, da sie beide kontaminieren können.“ wildlebende und gezüchtete Arten“, sagte Mathews.

Im Darm der von Würmern besiedelten Tiere drang das Biopartikel in die von den Parasiten zum Selbstschutz gebildeten Zysten ein und zeigte damit, dass das Material als Wirkstoffträger zur Behandlung anderer Fischarten eingesetzt werden kann. Für eine der Formulierungen wurde ein Patent angemeldet.

Die Forscher werden nun diese und andere Formulierungen zur Behandlung von Parasiten in Fischen testen, die kommerziell für den menschlichen Verzehr gezüchtet werden, wie zum Beispiel dem Nilbarsch (Oreochromis niloticus) und dem Tambaqui (Colossoma Macropomum).

A Studie Eine im Jahr 2017 von einer anderen Forschergruppe durchgeführte Studie schätzte den jährlichen Verlust der Süßwasserfischzucht in Brasilien aufgrund von Krankheiten auf 84 Millionen US-Dollar.

„Die Tatsache, dass das Material für Fische ungiftig ist, zeigt, dass es für Menschen, die ihr Fleisch verzehren, nicht schädlich ist. Die Aussichten für eine Anwendung sind äußerst positiv“, sagte Mertins.