Wie nanotechnologiebasierte Phytokomplexe Neurodegeneration verhindern könnten
Phytochemikalien sind sekundäre Pflanzenstoffe, bioaktive chemische Verbindungen, die von den Pflanzen auf natürliche Weise gebildet werden. „Auch wenn sie nicht zu den absolut essenziellen Nährstoffen zählen, sind viele sekundäre Pflanzenstoffe für die positiven Eigenschaften von Obst, Gemüse, Kräutern und weiteren pflanzlichen Produkten verantwortlich“, erklärt Sergiy Lyubchyk(öffnet in neuem Fenster), Koordinator des Projekts PhytoAPP(öffnet in neuem Fenster) an der Universidade Lusófona(öffnet in neuem Fenster) in Portugal. Das Team des mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen(öffnet in neuem Fenster) durchgeführten Projekts PhytoAPP befasste sich mit sekundären Pflanzenstoffen, da einige pflanzliche Moleküle das Potenzial bieten, Zellen vor den mit neurodegenerativen Erkrankungen verbundenen Prozessen wie oxidativem Stress, Entzündungen und abnormaler Proteinaggregation zu schützen. Im Mittelpunkt des EU-finanzierten Projekts stand die Optimierung der Stabilität, Löslichkeit und biologischen Verfügbarkeit dieser Verbindungen mithilfe der Entwicklung neuer, auf Nanotechnologie basierender „Phytomaterialien“. „Wir konnten die Lücke zwischen einer ambitionierten wissenschaftlichen Idee und einem Konzeptnachweis schließen, wobei wir mithilfe von Nanotechnologie vielversprechende, aber schwer verwertbare sekundäre Pflanzenstoffe in eine besser wasserlösliche und biologisch relevantere Form umgewandelt haben“, erläutert Lyubchyk. „Das eröffnet die Möglichkeit, zukünftig Produkte auf der Basis von sekundären Pflanzenstoffen zur Vorbeugung von Neurodegeneration zu entwickeln.“
Entwicklung wasserlöslicher, nanotechnologiebasierter Phytokomplexe
Eine wesentliche Einschränkung vieler vielversprechender natürlicher Verbindungen in Bezug auf gesundheitsbezogene Anwendungen ist ihre geringe Wasserlöslichkeit. Lösen sich Verbindungen nicht gut in Wasser, ist es für den Körper schwierig, sie aufzunehmen, zu transportieren und effektiv zu verwerten. „Unsere Antwort bestand darin, mithilfe von Nanotechnologie das Verhalten der phytochemischen Komponente in wässriger Lösung zu verbessern und dabei ihre biologische Relevanz zu erhalten oder sogar zu steigern“, erklärt Lyubchyk. Das Team konzipierte Phytokomplexe, bei denen Fulleren C60(öffnet in neuem Fenster), eine kugelförmige Kohlenstoffstruktur im Nanometerbereich, mit pflanzlichen Dihydroquercetin-Molekülen(öffnet in neuem Fenster) interagiert und deren Verhalten sowie funktionelle Eigenschaften in Wasser verbessert. „Die Nanotechnologie war entscheidend dafür, neu zu überdenken, wie sekundäre Pflanzenstoffe formuliert, stabilisiert und in Zukunft möglicherweise innerhalb von biologischen Systemen verabreicht werden können“, fügt Lyubchyk hinzu. Nach der Optimierung dieser wasserlöslichen Fulleren-Phytochemikalien-Komplexe erkundete das Team deren Struktur und physikalisch-chemische Eigenschaften. Dazu zählten die physikalisch-chemische Charakterisierung der Materialien, Bewertungen der In-vitro-Bioaktivität und Nanotoxizität, Tests zur antioxidativen und zellschützenden Wirkung sowie kinetische Untersuchungen zur Bildung von Amyloidfibrillen(öffnet in neuem Fenster). Die Tests in Bezug auf Amyloid waren von entscheidender Bedeutung, da es bei mehreren neurodegenerativen Erkrankungen zur abnormalen Proteinaggregation kommt. „Unsere Phytokomplexe verzögerten die Bildung von Amyloidfibrillen und verringerten die Gesamtmenge der gebildeten Fibrillen“, bestätigt Lyubchyk. Anschließend wurden präklinische Studien anhand von Modellen für Alzheimer- und Parkinson-Krankheit durchgeführt, um Sicherheit und Eignung der Phytokomplexe zu bewerten. Mithilfe der Modelle konnte das Team die biologischen Wirkungen der Phytokomplexe erforschen, darunter verhaltensbezogene, histologische, molekulare und die Blut-Hirn-Schranke betreffende Aspekte in krankheitsrelevanten Systemen. „Was erreichten eine im Rahmen eines Konzeptnachweises validierte Formulierung auf der Basis des C60–Dihydroquercetin-Phytokomplexes. Wir demonstrierten, dass dieses Frühphasenmaterial eine weitere Entwicklung und Erprobung in Hinsicht auf zukünftige Anwendungen in den Bereichen Gesundheitsvorsorge, Nutrazeutika oder Biomedizin rechtfertigt“, berichtet Lyubchyk.
Auf Spitzenplatz der präventiven Gesundheitsversorgung der Zukunft
Die Erkenntnisse von PhytoAPP tragen zu einer Reihe von gesundheitsbezogenen Zielen der EU bei, etwa zur Entwicklung von innovativen Gesundheitslösungen(öffnet in neuem Fenster), die für bessere Behandlungsergebnisse und mehr Lebensqualität stehen. Die Ergebnisse leisten zudem einen Beitrag zur Forschung im Bereich der fortgeschrittenen Werkstoffe. Neben nanobasierten phytochemischen Formulierungen für Gesundheitsprodukte zählen zu den voraussichtlichen zukünftigen Anwendungsbereichen auch umfassendere Anwendungen in der nutrazeutischen oder biomedizinischen Forschung sowie die Weiterentwicklung von inhärent sicheren Nanomaterialien. „Auch wenn sich die Forschung noch im präklinischen Stadium bzw. in der Prototypphase befindet, hat sie doch die wissenschaftliche und technologische Grundlage für zukünftige Produkte geschaffen, die ein gesundes Altern sowie präventionsorientierte Strategien bei neurodegenerativen Erkrankungen unterstützen könnten“, merkt Lyubchyk an. Zu diesem Zweck setzt das Team seine Validierungsarbeiten fort und weitet gleichzeitig die präklinische Erprobung aus, um den Weg vom Laborprototyp hin zu einem ausgereifteren Produkt zu beschreiten. Überdies werden auch Möglichkeiten der Kommerzialisierung geprüft, darunter die Bewertung der rechtlichen Anforderungen und der Schutz der Rechte am geistigen Eigentum.