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Ein neues antibakterielles Gel könnte die Behandlung von Superbug-Infektionen revolutionieren

In einem exklusiven Gastartikel für Medizinische Nachrichten heuteDr. Garry Laverty, PhD, von der School of Pharmacy an der Queen's University in Belfast in Irland, beschreibt detailliert, wie er und sein Team ein Peptidgel entwickelt haben, das vielversprechende Ergebnisse gegen sogenannte Superbug-Infektionen zeigt und die Infektionsbehandlung möglicherweise revolutioniert.


Pseudomonas aeruginosa, hier dargestellt an einer Implantatoberfläche, ist einer von vielen resistenten Mikroorganismen.
Bildnachweis: Dr. Laverty

Die Resistenz gegen antimikrobielle Mittel ist eines der dringlichsten Probleme, die die Gesellschaft betreffen, und hat weltweit mindestens 700.000 Todesfälle zur Folge. Wie die Weltgesundheitsorganisation (WHO) im Jahr 2014 betont hat, wächst die Besorgnis hinsichtlich einer erhöhten Resistenz von Mikroorganismen gegen derzeitige Therapien.

In einem kürzlich veröffentlichten britischen Regierungsbericht wurde dargelegt, dass ohne erhebliche Investitionen in neue Therapien diese Zahl bis 2050 auf über 10 Millionen Tote ansteigen würde, eine Zahl, die über der Zahl der Krebserkrankungen liegt.

Die Centers for Disease Control und Prevention (CDC) schätzen, dass arzneimittelresistente Bakterien allein in den USA jedes Jahr 2 Millionen Krankheiten und etwa 23.000 Todesfälle verursachen. Die US-Regierung erkannte die schwere Bedrohung für die Gesellschaft und veröffentlichte 2015 einen fünfjährigen, 1,2 Milliarden US-Dollar umfassenden Aktionsplan zur Bekämpfung antibiotikaresistenter Bakterien.

Die Entdeckung antimikrobieller Mittel war dafür verantwortlich, die Sicherheit chirurgischer Eingriffe zu erhöhen, die Gesundheitsfürsorge voranzutreiben, die Lebensqualität zu verbessern und das Leben zu verlängern. Bei der Entwicklung neuer antimikrobieller Wirkstoffe besteht jedoch ein schwerwiegendes Defizit. Resistente Infektionen sind für hohe Morbiditäts- und Sterblichkeitsraten verantwortlich, die Patienten, ihrer Familie und ihren Pflegern erhebliche Schmerzen bereiten.

Die Entdeckung antimikrobieller Mittel war für die Einführung chirurgischer Eingriffe und die Weiterentwicklung der Gesundheitsversorgung verantwortlich. Mit zunehmender Resistenz steigt auch die Möglichkeit eines Zeitalters, in dem Verfahren wie Gelenkersatz, Kaiserschnitt, Chemotherapie, Implantate und Transplantationen nicht möglich sind und einfache Infektionen töten.

Das Problem implantatbedingter resistenter Infektionen

Besonders problematisch ist die zunehmende Prävalenz resistenter Infektionen im Zusammenhang mit medizinischen Implantaten wie Hüftgelenksersatz, Herzklappen und Kathetern.


Das neue Peptidgel könnte die Behandlung von Superbug-Infektionen revolutionieren.
Bildnachweis: Dr.Laverty

Sie müssen nicht nur durch eine Operation eingeführt werden - daher besteht ein erhöhtes Risiko einer Wundinfektion -, die Implantatoberfläche bietet auch eine optimale Umgebung für die Anheftung mikrobieller Krankheitserreger.

Mikroorganismen besiedeln die Implantatoberfläche und werden in eine schützende schleimige Schicht eingebettet, die als Biofilm bezeichnet wird. Einmal gebildete Mikroorganismen im Biofilm werden vor mechanischer Entfernung und Immunabklärung geschützt und weisen eine extrem hohe Toleranz gegenüber antimikrobiellen Mitteln auf.

Dies macht es schwierig, wenn nicht unmöglich, solche Infektionen mit herkömmlichen antimikrobiellen Mitteln zu behandeln. Implantatassoziierte Infektionen sind daher eine große Quelle für resistente Krankenhausinfektionen und tragen wesentlich zur Verbreitung resistenter Mikroorganismen wie z Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus (MRSA), E coli, Klebsiella pneumoniae und Pseudomonas aeruginosa.

Forscher der School of Pharmacy der Queen's University Belfast in Nordirland entwerfen medizinisches Material der Zukunft auf der Grundlage der natürlichen Bausteine ​​von Proteinen und Geweben: Peptiden.

Peptidgele zeigen eine vielversprechende Wirkung gegen Superbugs

Diese vielversprechende Strategie hat zur Entwicklung eines peptidbasierten Gels mit der Fähigkeit geführt, selektiv die widerstandsfähigsten Krankenhaus-Superbugs einschließlich MRSA abzutöten. E coli und Pseudomonas.

Peptide bilden die natürlichen Bausteine ​​des menschlichen Gewebes und spielen auch eine wichtige Rolle in unserer Immunantwort gegen Infektionen. Daher sind sie ausgezeichnete Kandidaten für das Design innovativer Therapien und haben sicherlich das Potenzial, die derzeitige Lücke in der Entwicklung antimikrobieller Arzneimittel zu füllen.

Infektion durch Superbugs einschließlich MRSA, E coli und Pseudomonas kann verschiedene Formen annehmen, einschließlich Infektionen der Haut und des Weichgewebes sowie an der Oberfläche von medizinischen Implantaten - wie Katheter und Hüftgelenkersatz.

Unsere Peptidgele zeigen eine vielversprechende Wirkung gegen alle getesteten Superbugs und können die Behandlung solcher Infektionen revolutionieren. Die Eigenschaften, die die Fähigkeit eines Peptids zur Bildung eines Gels bestimmen, sind den Prinzipien, die die selektive Aktivität antimikrobieller Peptide gegen Infektionen bestimmen, sehr ähnlich. Unser oberstes Ziel ist es, eine Plattform zu haben, die auf die Entwicklung von Infektionen reagiert, gezielt auf die resistentesten Krankheitserreger abzielt und auf Oberflächen wie implantierten medizinischen Geräten einen langfristigen Schutz bietet.

Ein Großteil unserer Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit der weltweit führenden Gruppe für Nanomaterialien (der Xu-Gruppe) an der School of Chemistry der Brandeis University in Waltham, Massachusetts, durchgeführt. Garry verbrachte 2013 ein Forschungspraktikum. Innerhalb von Brandeis konnte Garry mehr darüber erfahren, wie diese Bausteine ​​gewebeartige Gele bildeten.

Die Chemie hinter ihrer Fähigkeit, Gele zu bilden, die menschliches Gewebe nachahmen und Infektionen ansprechen, ist an sich schon aufregend, aber die eigentliche Herausforderung, auf die sich unsere Gruppe konzentriert, ist es, ihr Potenzial als die nächste Generation von Therapien zum Wohle der Patienten weltweit zu nutzen.

Es ist uns gelungen, eine Reihe sehr kurzer Peptidsequenzen herzustellen, die im Vergleich zu größeren Peptiden und Proteinen, die in der biomedizinischen Forschung verwendet werden, einfacher zu synthetisieren und kostengünstiger sind. Sie sind für die pharmazeutische Industrie attraktiver, da ihre Herstellung kostengünstiger ist und sie daher eher klinisch für die Patienten übersetzt werden.

Unsere Forschungsgruppe an der Queen's University Belfast erweitert den Anwendungsbereich ihrer Moleküle um Plattformen für schwer zu verabreichende Medikamente, Tissue Engineering, Wundheilung, Entzündungshemmer und Krebstherapien in der Hoffnung auf weitere Durchbrüche.

Unsere Moleküle haben viele Vorteile gegenüber den im Gesundheitswesen verwendeten synthetischen Materialien. Peptide besitzen eine enorme chemische Vielseitigkeit. Das zeigt sich daran, wie sie in der Natur genutzt werden. Sie können verwendet werden, um Materialien mit sehr spezifischen Funktionalitäten und mit dem Potenzial zur Bindung einer Vielzahl von Molekülen, einschließlich Medikamenten, herzustellen. Auf diese Weise entwerfen und erstellen wir biofunktionelle Nanomaterialien.

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