Mukoviszidose

Nanotechnologie steigert Wirksamkeit des Antibiotikums Tobramycin

27. Mai 2021

Eine neu entwickelte Nanotechnologie könnte die Behandlung einer chronischen Infektion mit Pseudomonas aeruginosa bei Mukoviszidose verbessern, indem es die Wirkung des Antibiotikums Tobramycin deutlich steigert. Dies zeigen Untersuchungen in Zellkultur der Universität Süd Australien.

© Christoph Burgstedt - stock.adobe.com

Wiederkehrende Lungeninfektionen mit dem Keim Pseudomonas aeruginosa kommen bei Menschen mit Mukoviszidose (cystischer Fibrose, CF) häufig vor und können schwere chronische Lungenentzündungen hervorrufen. Zur Behandlung der bakteriellen Infektionen wird oft das Antibiotikum Tobramycin eingesetzt. Dieses wirkt, indem es die Vermehrung der Bakterien hemmt und deren Zellmembran schädigt. Da es sich jedoch um ein konzentrationsabhängiges Antibiotikum handelt, ist es bei der Therapie entscheidend, eine ausreichend hohe Konzentration zu erreichen. Und immer öfter kommt es vor, das die Antibiotikatherapien, zum Beispiel durch Resistenzbildungen, nicht mehr ausreichend wirken.

Um dem entgegenzutreten, modifizierten australische Forschende Tobramycin in ihrer Studie mit sogenannten Lipid-Flüssigkristall-Nanopartikeln (LCNPs). Diese bilden eine Hülle um das Antibiotikum, wodurch sie einen geschützten Transport des Wirkstoffes zu den Zielzellen ermöglichen. Die Hülle der LCNPs ist außerdem so aufgebaut, dass sie durch bestimmte, von den Bakterien produzierte Stoffe verdaut werden kann. So wird das Antibiotikum genau dort freigesetzt, wo sich die Pseudomonas-Bakterien befinden.

Wirkung gegen Pseudomonas aeruginosa deutlich erhöht

Bei ihren Tests an verschiedenen Zellmodellen im Labor stellten die Forschenden fest, dass die antimikrobielle Aktivität von Tobramycin durch die LCNPs um etwa das 1.000-fache erhöht war, verglichen mit Tobramycin ohne LCNPs. Nach Einschätzung der Forschenden liegt dies unter anderem daran, dass das Antibiotikum durch die Nanopartikel deutlich besser in den Biofilm der Pseudomonas-Bakterien eindringen kann. In einem Zell-Modell mit menschlichen Lungenezellen die mit P. aeruginosa infiziert waren, konnte das in LCNPs verpackte Tobramycin die Infektion nach zwei Tagen komplett auflösen. Ein weiteres positives Ergebnis: Nach Angabe der Studienautorinnen und -autoren verbesserte die Nanotechnologie die Leistung von Tobramycin, ohne gleichzeitig die schädigende Wirkung des Medikaments zu erhöhen. Das neue System könnte daher eine weitaus effektivere und effizientere Behandlung für chronische Lungeninfektionen bieten, so ihre Hoffnung.

Derzeit befindet sich die Technologie noch in präklinischen Studien. Ziel der Forschenden ist es jedoch, sie in einigen Jahren so weit zu entwickeln, dass sie auch im klinischen Alltag eingesetzt werden kann. Dafür müssen sich die jetzigen Forschungsergebnisse allerdings erst noch in weiteren Studien bestätigen.

Quellen:

  • Thorn, C. R. et al.: Tobramycin liquid crystal nanoparticles eradicate cystic fibrosis-related Pseudomonas aeruginosa biofilms. In: Small, 12.5.2021
  • Thorn, C. R. et al.: Protective liquid crystal nanoparticles for targeted delivery of PslG – a biofilm dispersing enzyme In: ACS Infectious Diseases, 28.4.2021. Online ahead of print.
  • University of South Australia: Novel nanotech improves cystic fibrosis antibiotic by 100,000-fold. Pressemeldung vom 14. Mai 2021 

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