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.