Medikamente

Nano-Kugeln machen lokale Anwendung von Antibiotika möglich

Kleinste, mit Enzymen gefüllte, Hohlkörper werden in den Körper eingebracht und lösen gezielt chemische Prozesse aus. Zuvor konnte Antibiotika nur in Form von Tabletten oder Infusionen verabreicht werden, was die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen erhöhte.

Bisher muss Antibiotika noch in Form von Tabletten oder Infusionen verabreicht werden. Ein in der Schweiz entwickeltes Verfahren, könnte bald einen gezielten Einsatz von Antibiotika an Krankheitsherden erlauben. Die Entwickler, um den Chemiker Wolfgang Meier, setzen dabei auf sogenannte Nano-Kugeln aus Kunststoff. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher jetzt im Fachjournal Chemical Communications.
Im Zentrum der Forschung standen mikroskopisch kleine, mit einer künstlichen Hülle ausgestattete, Hohlkörper. Die Oberfläche der Kleinstkörper durchsetzten die Schweizer mit Kanälen, so dass das Kugelinnere für kleine Moleküle zugänglich ist. Gleichzeitig ist der Kugelinhalt vor unerwünschten negativen Einflüssen von Außen geschützt. Über die kleinen Kanäle können jedoch gezielt Stoffe in den Hohlraum befördert und chemische Reaktionen eingeleitet werden. Die Kugeln gleichen damit Minireaktoren, mit denen Medikamente direkt im menschlichen Körper hergestellt und zielgerichtet eingesetzt werden können.

Antibiotika kommen hauptsächlich bei bakteriellen Infektionen zum Einsatz. Ein gezielter Einsatz an Infektionsherden senkt die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen. (Flickr/SFU Public Affairs and Media Relations)

Antibiotika kommen hauptsächlich bei bakteriellen Infektionen zum Einsatz. Ein gezielter Einsatz an Infektionsherden senkt die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen. (Flickr/SFU Public Affairs and Media Relations)

Bei ihrer Arbeit kapselten die Forscher dazu das Enzym Penicillinacylase in den Nanoreaktor ein. Zusätzlich setzten die Wissenschaftler zwei weitere Verbindungen in der Umgebung des Mikrokörpers frei. Für sich genommen sind beide nicht in der Lage, eine Reaktion in Gang zu setzen. Treten sie aber über die Kanäle in Kontakt mit Penicillinacylase kommt es zur Bildung von Cephalexin. Dabei handelt es sich um ein gängiges Antibiotikum zur Behandlung von bakteriellen Infektionen. Das Penicillinacylase im Inneren der Kugeln dient dabei als ein Katalysator, ohne den die Synthese von Cephalexin nicht stattfinden kann. Wie die Mediziner zeigen konnten, wurde das fertige Antibiotikum wieder an die Umgebung abgegeben. Bei einem Testbakterium konnten die Wissenschaftler die Population des Bakteriums erfolgreich verringern.
Ein Einsatz der Nano-Reaktoren ist vor allem bei Zahnimplantaten und künstlichen Gelenken vielversprechend. Im Umfeld der Implantate treten häufig Infektionen auf. Diese wurden bisher durch oral verabreichte Antibiotika behandelt. Das Antibiotikum verteilt sich dabei über den gesamten Körper, anstatt nur auf die relevanten Stellen einzuwirken. Die Wahrscheinlichkeit von Nebenwirkungen erhöht sich dadurch.
Die Forscher suchen daher nach Möglichkeiten, die Nanokugeln gezielt  in den Körper einzubringen. Implantate könnten beispielsweise mit den Kügelchen beschichtet werden, um das Antibiotikum nach und nach an den Körper abzugeben. Eine unnötige Verbreitung von Medikamenten über den ganzen Körper wäre damit ausgeschlossen. Einzig die beiden zur Synthese des Antibiotikums nötigen Grundstoffe würden sich im Körper verteilen. Ohne den Inhalt der Nanokugeln bleiben diese aber inaktiv und entfalten keine eigene Wirkung.

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