Nanopartikel als Wirkstoff für die photodynamische Abtötung Antibiotika-resistenter Bakterien
Krankheitserregern werden zunehmend resistent gegen Antibiotika. Vor allem in Krankenhäusern finden sich Stämme, gegen die praktisch jedes heutige Antibiotikum wirkungslos ist. Im Kampf gegen resistente Mikroben verfolgt ein Team von der Universität Münster jetzt einen neuen Ansatz mit der photodynamischen Therapie, einer Methode, die bereits bei der Behandlung bestimmter Krebsarten sowie der Makula-Degeneration eingesetzt wird. Dabei erzeugt ein Wirkstoff unter Bestrahlung mit Licht Sauerstoff in einer speziellen aktivierten Form, die sehr toxisch für Zellen ist. Wie die Forscher um Cristian A. Strassert und Luisa De Cola in der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten, wollen sie dazu speziell entwickelte Nanomaterialien einsetzen, die spezifisch an Bakterienzellen binden, diese markieren und unter Bestrahlung abtöten.
Die Forscher verwenden Nanopartikel aus einem speziellen porösen Mineral (Zeolith L). Die Partikel werden so modifiziert, dass sie viele Aminogruppen tragen. Diese binden über elektrostatische Anziehung und Wasserstoffbrückenbindungen bevorzugt an die Zelloberfäche von Bakterien. In die Kanälchen des Minerals lagern sie einen stark grün fluoreszierenden Farbstoff ein, der die Bakterien unter dem Fluoreszenzmikroskop sichtbar macht. Die eigentlichen „Waffen“ sind die auf der Oberfläche der Nanopatikel verankerten Photosensibilisatoren. Wenn diese Moleküle mit Licht der passenden Wellenlänge bestrahlt werden, nehmen sie die Lichtenergie auf und übertragen diese auf Sauerstoffmoleküle, die sich in der Umgebung, beispielsweise im infizierten Gewebe befinden. Der Sauerstoff wird angeregt und geht dabei in den so genannten Singulett-Zustand über, in dem er extrem reaktiv ist und Biomoleküle angreift – aber nur in der nächsten Umgebung seines Entstehungsortes. Und das ist in diesem Fall die Bakterienzelle, an die das Mineralpartikel gebunden ist.
Die Wissenschaftler testeten ihre neuen lichtaktivierten Killerpartikel an antibiotikaresistenten Kulturen von E.-coli-Bakterien. Nach etwa zwei Stunden Belichtung waren die Bakterien nahezu vollständig abgetötet. Vergleichbare Ergebnisse konnte das Team mit einem Stamm resistenter Gonokokken erzielen. Darüber hinaus überlegt das Münsteraner Team, dieses Material auch im Kampf gegen Hautkrebs einzusetzen. Dabei könnten die Tumorzellen durch gezielte Bestrahlung mit rotem Licht abgetötet werden.
Originalveröffentlichung: Cristian A. Strassert et al.; "Photoaktive hybride Nanomaterialien für gezieltes Anbinden, Markieren und Töten von Antibiotika-resistenten Bakterien"; Angewandte Chemie 2009, 141, No. 42, 8070-8073
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