Nanopartikel

Antioxidantien durchbrechen den Sepsis-Teufelskreis

Bei einer Blutvergiftung (Sepsis) laufen Reaktionen des Immunsystems auf eine Infektion aus dem Ruder und es kommt zu einer wahren Überflutung des Organismus mit reaktiven Sauerstoffspezies. Könnte man diese fatalen Entzündungsreaktionen unterbrechen, gäbe es neue, effektive Behandlungsoptionen.

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Erhöhte Überlebensrate bei Blutvergiftung nach Behandlung mit Nanopartikeln.
Quelle: Wiley-VCH

In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten jetzt südkoreanische  Wissenschaftler, dass zirkoniumdotierte Ceroxidnanopartikel gegen solche  reaktive Sauerstoffspezies wirksam sind. Im Tiermodell beobachteten sie  eine stark erhöhte Überlebensrate bei der Behandlung von Sepsen mit  diesen Nanopartikeln.

Die Sepsis läuft als Teufelskreis von  Entzündungsreaktionen des Immunsystems auf eine lokale Infektion hin ab.  Folge können ein rapider Abfall des Blutdrucks und Organversagen sein.  Weil Antibiotika wegen der zunehmenden Resistenzbildung nicht mehr immer  zuverlässig schützen können, wird als alternative Behandlungsoption der  Stopp der Entzündungsreaktionen interessant. Taeghwan Heyon von der  Seoul National University in Südkorea und seine Kollegen haben hier  Ceroxid-Nanopartikel im Blick, die als Antioxidantien reaktive  Sauerstoffspezies wie das Superoxid-Anion, Hydroxylradikale und  Wasserstoffperoxid unschädlich machen können – sie sind  Schlüsselverbindungen bei Entzündungsreaktionen sind. Cer-Ionen nehmen  die reaktiven Elektronen von der Sauerstoffspezies auf und wechseln  leicht in eine andere Oxidationsstufe.

Damit diese Reaktion in der  lebenden Zelle abläuft, müssen allerdings zwei Voraussetzungen gegeben  sein. Zunächst müssen Größe und Beschaffenheit der Partikel stimmen.  Sehr kleine, zwei Nanometer große Ceroxidpartikel wurden daher mit einer  Hülle aus Polyethylenglycol-verknüpften Phospholipiden beschichtet, um  in die Zelle eindringen und dort verbleiben zu können. Und zweitens muss  das Cer-Ion mit der Oxidationsstufe III (Ce3+) auf der  Nanopartikeloberfläche ständig zugänglich sein, was einen  Regenerationsprozess mit einschließt. Hierfür entdeckten die  Wissenschaftler, dass Zirkonium-Ionen in der Ceroxidstruktur hilfreich  sind, denn „die Zr4+-Ionen steuern sowohl das Verhältnis von Ce3+ und  Ce4+ als auch die Geschwindigkeit, mit der sich die beiden  Oxidationszustände gegenseitig umwandeln“, argumentieren die  Wissenschaftler.

Die synthetisierten Nanopartikel wurden dann auf  ihre Fähigkeit überprüft, typische reaktive Sauerstoffspezies zu  neutralisieren, und zwar sowohl im Reagenzglas als auch im Tiermodell.  Die Ergebnisse waren eindeutig: „Eine einzige Dosis der  Ceroxid-Zirkoniumoxid-Nanopartikel unterbrach in zwei Sepsismodellen  erfolgreich den Teufelskreis aus Entzündungsreaktionen“. Die  Nanopartikel sammelten sich in den Organen mit der übermäßigen  Immunantwort an und bauten dort reaktive Sauerstoffspezies ab, wie durch  Fluoreszenzmikroskopie und andere Nachweistechniken gezeigt werden  konnte. Derartig behandelte Mäuse und Ratten überlebten weit häufiger  als die Kontrolltiere.

Diese Arbeiten zeigen, dass bei Sepsis auch  andere Behandlungsmöglichkeiten außer der Abtötung der Infektionskeime  mit Antibiotika zur Verfügung stehen. Ein vielversprechendes Ziel sind  die Entzündungsprozesse selbst, die sich durch Nanopartikel mit  geeigneten Redox-Systemen wie dem Wechsel zwischen den beiden  Oxidationsstufen von Cer anhalten lassen.


Quelle: Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

18.07.2017

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