Nanocontainer zur antimikrobiellen Therapie

Invasive Pilzinfektionen betreffen hauptsächlich Menschen mit einem geschwächten Immunsystem und sind verantwortlich für mehr als 1,5 Millionen Todesfälle jedes Jahr. Fast die Hälfte davon wird von Schimmelpilzinfektionen verursacht, hauptsächlich durch die Art Aspergillus fumigatus. Die Sporen dieses Pilzes sind allgegenwärtig und treffen nach der Inhalation durch den Menschen auf Lungenmakrophagen. Die Aufnahme der Sporen durch diese Fresszellen führt zur Bildung von Sporen-enthaltenen Zellteilen (Phagosomen), welche anschließend mit für den Abbau verantwortlichen Organellen (Lysosomen) fusionieren. Dies führt zur Bildung von reifen Phagolysosomen. Wie viele andere Krankheitserreger auch kann A. fumigatus dem Abbau in diesen Organellen entgehen, aber der genaue Mechanismus dafür ist noch unklar. Zusätzlich erschwert die steigende Resistenzentwicklung von A. fumigatus die Therapie dieser Infektionen. Neu entdeckte antifungale Substanzen weisen oft eine hohe Toxizität, limitierte Bioverfügbarkeit und/oder geringe Wirksamkeit gegen bestimmte Pilz-Arten auf. Daher ist die Erforschung von neuen Darreichungsformen antifungaler Substanzen und einem besseren Verständnis der Immunevasion von A. fumigatus dringend nötig. Die Dihydroxynaphthalen (DHN)-Melanin-Schicht der Sporen kann reaktive Sauerstoffspezies (ROS) abfangen und stellt einen wichtigen Virulenzfaktor für A. fumigatus dar. ROS sind ein wichtiger Bestandteil der Immunabwehr, da Patienten mit defekter ROS-Produktion sehr anfällig für Infektionen sind. Eine direkte Rolle von ROS beim Abtöten der Sporen dieses Pilzes in Makrophagen ist allerdings unwahrscheinlich. Daher handelt ein Teil dieses Projektes von der Untersuchung von ROS als Signalmolekül für die Phagosomen-Reifung. Dafür werden Makrophagen mit defekter ROS-Produktion hergestellt und die Prozesse in der Zelle beim Phagozytieren von Sporen mit und ohne der DHN-Melanin-Schicht mikroskopisch und anhand von speziellen Markern verfolgt. Ein weiterer Teil dieses Projektes beschäftigt sich mit der Entwicklung von neuen Formulierungen antifungaler Medikamente zur zielgerichteten Therapie . Die neue antifungale Substanz Jagaricin besitzt eine hohe Toxizität. Deshalb soll sie in Nanocontainer mit unterschiedlichen Größen und Oberflächenstrukturen verpackt werden, um einen zielgerichteten Transport der Substanz in Makrophagen zu ermöglichen. Dadurch soll die Toxizität vermindert werden. Schließlich soll auc h der Aufnahmemechanismus von Nanopartikeln durch Pilze aufgeklärt werden. Die Resultate dieser Arbeit werden unser Verständnis über die Umgehung der Immunabw ehr durch A. fumigatus erweitern, neue Formulierungen für pharmakologisch problematische antifungale Substanzen ermöglichen und möglicherweise neue Ziele für die antifungale Therapie identifizieren. Die hier entwickelten Technologien lassen sich sehr wahrscheinlich auch für die Therapie von anderen Krankheitserregern, welche in Makrophagen überleben können, anwenden.

Jedes Jahr sterben geschätzt 1,5 Millionen Menschen an invasiven Pilzinfektionen. Zu diesen gehören auch Infektionen mit dem Schimmelpilz Aspergillus fumigatus. Jeder Mensch inhaliert jeden Tag hunderte dieser Sporen, die von den Fresszellen der Lunge aufgenommen und in gesunden Menschen dort abgebaut werden. Bei Menschen mit einem geschwächten Immunsystem können diese Sporen allerdings in bestimmten Zellteilen, genannt Phagosomen, überleben und von dort eine lebensbedrohliche Infektion verursachen. Des Weiteren gibt es nur eine beschränkte Anzahl von Substanzklassen zur Behandlung von invasiven Pilzinfektionen, gegen die auch bereits eine steigende Anzahl an Resistenzen vorliegt. Eine genauere Untersuchung der Interaktion von A. fumigatus mit dem Immunsystem und Entdeckung neuer therapeutischer Möglichkeiten ist daher unabdingbar. Ziel dieses Projektes war die Untersuchung des Einflusses von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) auf die Reifung von Sporen-enthaltenen Phagosomen sowie die Verwendung von polymeren Nanopartikeln als neue Therapieoption. Ersteres lieferte interessante Einblicke in die Rolle von ROS für das Persistieren der Sporen in den Fresszellen und die Inhibierung der Fusion des Phagosoms mit degradierenden Zellorganellen, benötigt aber zunächst weitere vertiefende Untersuchungen und kann daher hier nicht abschließend bewertet werden. Die Untersuchung von polymeren Nanopartikeln zeigte, dass diese dazu verwendet werden können, die Sporen bereits in den Fresszellen zu erreichen, woran herkömmliche Therapien in der Regel schon scheitern. Außerdem wurde gezeigt, dass diese Nanopartikel als Container für den Transport von antifungalen Substanzen in den Pilz verwendet werden können und dieser Transport viel effizienter ist als der Transport der Reinsubstanz. In diesen Nanopartikeln werden die Eigenschaften wie Löslichkeit und Toxizität vom verwendeten Polymer bestimmt und nicht mehr von der antifungalen Substanz, was Möglicherweise den Einsatz von neuartigen Substanzenklassen für die Therapie bedeutet, welche z.B. aufgrund ihrer Toxizität derzeit nicht verwendet werden können.