Langlebige Oxidantien und angeborene Immunität

Bioaktivität langlebiger Oxidanzien (LLO) im menschlichen Abwehrsystem: Interaktion mit Krankheitserregern und mit nicht-oxidativen endogenen antimikrobiellen Stoffen Phagozytose und intrazelluläres Abtöten von Krankheitserregern durch menschliche weiße Blutkörperchen (Granulozyten) stellen einen wesentlichen Mechanismus des angeborenen Immunsystems dar, um Infektionskrankheiten zu überstehen. Bei der Phagozytose werden Bakterien in Vakuolen der Granulozyten aufgenommen und in der Folge durch eine Anzahl oxidativer Moleküle attackiert, die innerhalb dieser Vakuolen gebildet werden. Während hochreaktive Oxidanzien in vivo innerhalb von Sekunden abgebaut werden, treten langlebige N-Chlorverbindungen (Chloramine, RNHCl) mit den Erregern länger in Kontakt. Kürzlich konnte gezeigt werden, daß die niedermolekularen Vertreter dieser langlebigen Oxidanzien (LLO), N-Chloraminosäuren, keimtötende Aktivität ausüben. Es wird vermutet, daß sie an der Inaktivierung von Bakterien während einer Infektion beteiligt sind, und darüber hinaus scheinen sie wirksam und verträglich zu sein als neue antimikrobielle Mittel zur Lokaltherapie von Infektionen. Das erste Ziel dieses Projektes ist, die Interaktion von LLO mit Bakterien und Pilzen aufzuklären. Angriffspunkte an der Zellmembran sowie das Eindringen der LLO ins Innere der Mikroorganismen und zytoplasmatische Angriffspunkte werden mittels Spektrophotometrie, funktionellen Tests, 2D Elektrophorese, Massenspektrometrie und radioaktiver Markierung von LLO und Zielproteinen untersucht. Erreger, die nur für eine sehr kurze, subletale Zeitspanne mit LLO behandelt wurden, verloren ihre Virulenz in einem in-vivo Modell als einen ersten Schritt ihrer Inaktivierung. Die Phagozytose und das intrazelluläre Abtöten dieser attenuierten Keime soll geprüft werden. Das zweite Ziel ist die Erforschung der kombinierten Wirkung von LLO und nicht-oxidativen antimikrobiellen Substanzen von Granulozyten auf Krankheitserreger. Bei diesen Substanzen handelt es sich um kationische Proteine (Defensine, bactericidal permeability-increasing protein, Kathepsin G, Lysozym usw.), die sich innerhalb der Granula von weißen Blutkörperchen befinden. Sie greifen vor allem die Oberfläche der Mikroorganismen an und attackieren diese in vivo gleichzeitig mit LLO. Experimente zum Abtöten von Bakterien und Pilzen unter gleichzeitiger Einwirkung von LLO und der genannten nicht-oxidativen Verbindungen werden durchgeführt. Als ein drittes Ziel wird die Wirkung von LLO auf die Biologie und die Funktion der kationischen Proteine mittels Proteinelektrophorese, Massenspektrometrie und funktioneller Methoden untersucht. Das vierte Ziel ist die Erforschung der Interaktion von LLO mit den Schlüsselkomponenten des Komplementsystems, eines wichtigen plasmatischen Abwehrsystems, welches mit weißen Blutkörperchen in engem Kontakt steht. Die Ergebnisse dieses Projektes werden wesentlich beitragen zum Verständnis der Wirkung und Interaktion von granulozytären Substanzen im Abtöten von Krankheitserregern. Zusätzlich wird wertvolles Wissen für die Anwendung von synthetisch hergestellten LLO in der Humanmedizin erworben. Das Projekt paßt hervorragend in das kürzlich etablierte Schwerpunktprogramm "Infektion - Immunität und Erreger" der Medizinischen Fakultät der Universität Innsbruck.

N-Chlortaurin (NCT), eine der wichtigsten langlebigen oxidativ wirkenden Substanzen, die vom menschlichen Körper zur Beherrschung von Infektionen produziert werden, wurde in unserem Labor synthetisiert und als Reinsubstanz verfügbar gemacht. Da NCT ein breites Spektrum von Krankheitserregern abtötet, sind unsere Forschungsergebnisse bedeutend für seine natürliche Rolle im menschlichen Körper bei der Inaktivierung von Bakterien, Pilzen und Viren und für die lokale Anwendung als wässrige Lösung zur Behandlung von Infektionen in der Humanmedizin. Im Rahmen dieses Projektes konnte eine Reihe von wertvollen Ergebnissen über die Chemie und den Wirkungsmechanismus von NCT gewonnen werden. Seine chemischen Eigenschaften (wie z.B. Bestimmung der Reinheit, Stabilität, Aufbewahrungsbedingungen, chemische Reaktionen) wurden unfassend untersucht, was eine Bedingung für die klinische Anwendung ist. NCT kann zu 99% rein hergestellt und bei 2-4C für ein Jahr aufbewahrt werden, ohne daß schädliche Abbauprodukte auftreten. Für einen Therapiezyklus genügt die Lagerung bei Raumtemperatur. Die chemischen Reaktionen von NCT in therapeutischer Konzentration sind nur für die in den Körper eindringenden Krankheitserreger schädlich, nicht aber für das menschliche Gewebe, wie in klinischen Studien mehrfach gezeigt werden konnte. Die erste Interaktion mit Bakterien und Pilzen ist die Oxidation derer Oberfläche. Dies führt zu Hemmung des Wachstums und Virulenzverlust, d.h. die Erreger können keine ernste Infektion mehr auslösen. Bereits nach einer Minute treten diese Effekte auf, was die Wirksamkeit von NCT zum Beispiel bei Augeninfektionen erklären kann, wo nur relativ kurze Kontaktzeiten gewährleistet sind, die nicht notwendigerweise zum vollständigen Abtöten der Erreger führen. Klinische Studien innerhalb dieses Projektes bewiesen die Vertäglichkeit und Wirksamkeit von NCT bei infizierten Beingeschwüren und bei Infektionen des äußeren Gehörganges. Zudem ergaben sich starke Hinweise zur Wirksamkeit bei chronischen Nasennebenhöhlenentzündungen und schweren viralen Bindehautentzündungen, für welche teilweise bis heute keine kausale Therapie existiert.