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Behandlung von Infektionskrankheiten mithilfe antimikrobieller Peptide

Vor dem Hintergrund einer ansteigenden Antibiotikaresistenz wurden durch das Projekt FORMAMP nanotechnologiebasierte Verabreichungssysteme und antimikrobielle Peptide (AMP) erprobt, um neue Werkzeuge im Kampf gegen Infektionskrankheiten zu entwickeln.
Behandlung von Infektionskrankheiten mithilfe antimikrobieller Peptide
Es wurde errechnet, dass die mikrobielle Resistenz europaweit jährlich für schätzungsweise 25 000 Todesfälle verantwortlich ist und Kosten in Höhe von 1,5 Milliarden EUR verursacht. Auf der Suche nach neuen Therapien für Infektionskrankheiten gelten antimikrobielle Peptide als aussichtsreiche Kandidaten, da sie scheinbar eine geringere Resistenz hervorrufen.

Das EU-finanzierte Projekt FORMAMP wurde ins Leben gerufen, um zu erforschen, wie Nanotechnologie-Formulierungen und lokale Verabreichungsstrategien die Stabilität und Effizienz von AMP verbessern könnten, wenn diese direkt auf die Hautstelle und Verbrennungswunden sowie bei Lungeninfektionen angewandt würden.

Im Rahmen des Projekts wurde zudem eine völlig neue Art von Nanomaterial entwickelt und ein neuer Ansatz für die Tuberkulosebehandlung geschaffen, der aussichtsreiche Strategien für den Biofilmabbau aufweist.

Die Entwicklung intelligenter Formulierungs- und Verabreichungsstrategien

Antimikrobielle Peptide sind eine Gruppe von Molekülen, die in den meisten Organismen als Bestandteil des angeborenen Immunsystems funktionieren. Da sie schnell gegen eindringende Mikroorganismen wirken und unter unspezifischen Mechanismen funktionieren, haben Bakterien Schwierigkeiten, Resistenzen gegen antimikrobielle Peptide zu bilden. Obgleich antimikrobielle Peptide großes Potenzial für eine neue Generation therapeutischer Behandlungen bieten, haben nur wenige AMP aufgrund ihrer Abbauempfindlichkeit und der hohen Herstellungskosten die klinische Versuchsphase erreicht.

Das FORMAMP-Team prüfte verschiedene Kombinationen von AMP und Nanoträgern auf ihre antibakterielle Wirkung gegen mehrere Arten von Bakterienstämmen (einschließlich multiresistenter Stämme). Zu den untersuchten Nanoträgern zählten lipidische Nanokapseln, lipide Selbstassemblierungssysteme, Mikrogele, Dendrimere und mesoporöse Silizium-Nanopartikel. Das Team konnte ebenfalls erfolgreich eine völlig neue Art von Trägersystem entwickeln, das zur Patentierung angemeldet worden ist.

Projektkoordinatorin Dr. Lovisa Ringstad sagt zusammenfassend über die Nanoträger-Ergebnisse: „Lipidbasierte Systeme waren am erfolgreichsten für die topische Verabreichung. Mesoporöse Silizium-Partikel erwiesen sich hingegen als überaus erfolgreich für die pulmonale Verabreichung. Die polymerbasierten Systeme wurden sowohl für die pulmonale, als auch für die topische Anwendung verwendet. Im Hinblick auf den Abbau bakterieller Biofilme stellte sich heraus, dass eine Art lipidbasierter Nanoträger synergistisch mit den AMP wirkt, was überaus interessant ist.“

Was die Arzneimittelverabreichungssysteme anbelangt, erwies sich eine wärmeempfindliche Gelformulierung am vielversprechendsten für die topische Abgabe, während für die pulmonale Verabreichung inhalierbare Pulver entwickelt wurden, die sich nachweislich gut innerhalb der Lunge verteilen.

Es wurden kontinuierlich biophysikalische Charakterisierungen durchgeführt, um die Wechselwirkungen zwischen den AMP und Nanoträgern wie auch dem Umgebungsmilieu zu verstehen. Es wurde eine Zell- und Gewebemodellierung (in vitro und ex vivo) angewandt, um die Wirkung der Peptide zu untersuchen und in der finalen Phase wurden Mäuse- und Rattenmodelle (in vivo) eingesetzt, um die Wirkung zu beurteilen. Darüber hinaus wurde die Toxizität der Formulierungen untersucht.

Ergänzung der Behandlungsinstrumente

Eine Reihe konkreter Projektergebnisse leisten bereits einen Beitrag zu neuen Behandlungen. Ein KMU aus dem Konsortium hat bspw. eine Lizenzvereinbarung zur Weiterentwicklung eines Peptids für die Behandlung von Haut- und Weichteilinfektionen abgeschlossen. Zusätzlich sind Strategien für den Abbau von Biofilmen entwickelt worden, die mit mehreren verschiedenen Infektionen wie z. B. zystischer Fibrose und Verbrennungswunden assoziiert sind.

FORMAMP hat zudem zur Entwicklung einer vielversprechenden Formulierung für die Tuberkulosebehandlung geführt. Dr. Ringstad führt weiter aus: „Für die geplante Weiterentwicklung dieser Behandlung ist ein weiterer Konzeptnachweis an lebenden Organismen und ein detaillierteres Verständnis des genauen Mechanismus notwendig. Wir müssen überdies unsere Formulierung verfeinern, was weitere Entwicklungen im Bereich der Herstellung und Qualitätskontrolle erforderlich macht.“

Die FORMAMP-Nanoformulierungen können außerdem als Plattform für andere Anwendungen weiterentwickelt werden, um im Rahmen neuer Therapien mit weniger Nebenwirkungen eine Biologikaverabreichung für eine Reihe von Erkrankungen zu ermöglichen.

Dr. Ringstad meint hierzu: „Die Kombination dieser neuen Behandlungen, erhöhten Sensibilisierung der Öffentlichkeit über antimikrobielle Resistenz, Diagnoseinstrumente und präventiven Maßnahmen gegen die Ausbreitung multiresistenter Stämme sollte uns einer Zukunft näher bringen, in der sich die Resistenz verringern lässt.“

Verwandte Informationen

Fachgebiete

Scientific Research

Schlüsselwörter

FORMAMP, Antibiotikaresistenz, Nanotechnologie, Nanoträger, Nanoprodukte, Infektionskrankheiten, antimikrobielle Peptide, Diagnoseinstrumente, Tuberkulose, zystische Fibrose, Verbrennungswunden
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