Heilung chronischer Wunden mit Nanochemie

Bei Dia­betik­ern sind chro­nisch infizierte Wun­den oft ein großes Prob­lem. Einen raf­finierten Heilungsansatz aus der Nanomedi­zin präsen­tiert ein chi­ne­sis­ches Forschung­steam in der Zeitschrift Ange­wandte Chemie. Die Wissenschaftler:innen schal­teten die wund­verur­sachen­den Bak­te­rien mit ein­er Lösung aus Nanokapseln aus, die das Wund­m­i­lieu verän­dern und reak­tive Sauer­stoff­spezies ausschütten.
Bak­te­rien find­en in chro­nis­chen Wun­den von Dia­betik­ern einen ide­alen Nährbo­den. In der glukosere­ichen Umge­bung bilden sie Biofilme, die Antibi­oti­ka nur schw­er durch­drin­gen kön­nen. Zudem ist das kör­pereigene Immun­sys­tem häu­fig geschwächt. Einen erfol­gver­sprechen­den Ansatz bildet hier die chemo­dy­namis­che Ther­a­pie. An Ort und Stelle pro­duzierte reak­tive Sauer­stoff­spezies schwächen und schädi­gen die Bak­te­rien­zellen, bis sie absterben.
Die Pro­duk­tion der Sauer­stof­fradikale übern­immt ein Katalysator. Er zer­set­zt Wasser­stoff­per­ox­id in unmit­tel­bar­er Umge­bung der Zelle, am besten direkt auf oder in der Zell­wand. Als Katalysator eignen sich Platin-Nanopar­tikel beson­ders gut. Diese Nanopar­tikel sind mit Aptameren beset­zt – kurze DNA-Stücke, die an Bak­te­rien binden. Wegen ihrer Aktiv­ität, die an die von Enzy­men erin­nert, wer­den solche Katalysatork­par­tikel Nanozyme genan­nt. Das Nanozym heftet sich an die Bak­te­rien und set­zt – sofern Wasser­stoff­per­ox­id vorhan­den ist – Sauer­stof­fradikale in der Zelle frei.
Der Katalysator kann das Wasser­stoff­per­ox­id jedoch nur im Sauren zer­set­zen, also bei niedrigem pH. In ein­er typ­is­chen Dia­beteswunde herrscht jedoch ein alka­lis­ches Milieu vor. Um das Nanozym­sys­tem den­noch arbeit­en zu lassen, grif­f­en Ronghua Yang von der Chang­sha Uni­ver­si­ty of Sci­ence and Tech­nol­o­gy in Chang­sha (Chi­na) und seine Kolleg:innen in die bio­chemis­che Trickkiste.
Das Team machte sich den Umstand zunutze, dass Dia­beteswun­den reich an Glukose sind. Das mikro­bielle Enzym Glu­coseox­i­dase, das aus der medi­zinis­chen Diag­nos­tik und der Lebens­mit­telin­dus­trie bekan­nt ist, set­zt Glukose mit Sauer­stoff zu Glu­con­säure um, wobei Wasser­stoff­per­ox­id sowie eine saure Lösung entste­hen. Also hefteten die Forscher:innen dieses Enzym auf die Nanozyme. Schließlich bet­teten sie alles in eine schützende Hülle aus Hyaluronsäure.
Durch die Hülle wuch­sen nicht nur die Nanozym-Par­tikel um das Fünf­fache auf etwa 0,1 Mikrom­e­ter an (was ein Zehn­tel der Bak­te­rien­größe ist), sie wur­den auch sta­bil und hiel­ten min­destens 30 Tage in Lösung ohne Verän­derung durch. Außer zur Sta­bil­isierung diente die Hyaluron­säure­hülle noch einem weit­eren Zweck: Bak­te­rien geben Enzyme ab, die Hyaluron­säure zer­set­zen. Das bedeutet, dass die Bak­te­rien das gegen sie gerichtete Sys­tem selb­st aktivieren, so der Gedanken­gang der Forschenden.
Auf Bak­te­rienkul­turen von Staphy­lo­coc­cus aureus ange­set­zt, ver­nichtete die Nanokapsel-Lösung die Bak­te­rien inner­halb weniger Stun­den. Dann behan­del­ten die Forscher:innen damit chro­nisch infizierte Wun­den von Dia­betes-kranken Mäusen. Das Ergeb­nis war ein­deutig: Unter iden­tis­chen Bedin­gun­gen heil­ten nur mit der Nanokapsel-Lösung ver­sorgten Wun­den voll­ständig und schnell.
„Dafür mussten wir keine neuen Nano­ma­te­ri­alien her­stellen“, schreiben die Autor:innen. „Wir lösten die phys­i­ol­o­gis­chen Ein­schränkun­gen der Nanozyme durch Reg­u­la­tion der lokalen Mikroumge­bung.“ Auch für andere Nanozym-Sys­teme wür­den sich solche Anpas­sun­gen eignen, argu­men­tieren sie weiter.