Antimykotische Nanopartikel aus Immunzellmembranen bekämpfen Infektionen

Winzige Partikel aus den Membranen menschlicher Immunzellen könnten einen vielversprechenden neuen Weg zur Bekämpfung immer schwieriger zu behandelnder Pilzinfektionen bieten. Ingenieure der University of California in San Diego haben gezielt antimykotische Nanopartikel entwickelt Candida albicansein Pilz, der für orale und vaginale Hefepilzinfektionen sowie lebensbedrohliche Blutkreislaufinfektionen verantwortlich ist. Bei Mäusen mit schwerer Candida Bei Infektionen reduzierten die Nanopartikel die Pilzmenge in wichtigen Organen erheblich und verbesserten die Überlebensrate deutlich.

Die Studie, veröffentlicht in Zellbiomaterialienwurde von Liangfang Zhang geleitet, Professor am Aiiso Yufeng Li Family Department of Chemical and Nano Engineering an der UC San Diego Jacobs School of Engineering, der auch den Joan and Irwin Jacobs Chancellor’s Endowed Chair in Innovations for Engineering in Medicine innehat.

Heutzutage zielen antimykotische Medikamente typischerweise auf bestimmte Teile einer Pilzzelle ab und können ihre Wirksamkeit verlieren, wenn Pilze Resistenzen entwickeln. Die von Zhang und seinem Team entwickelten Nanopartikel nutzen eine wirksamere Strategie. Sie schädigen Pilzzellen physisch und stärken gleichzeitig die natürliche Immunabwehr des Körpers.

Um die Nanopartikel herzustellen, isolierten die Forscher die Außenmembranen menschlicher Makrophagen, einer Art weißer Blutkörperchen, die als eine der ersten Verteidigungslinien des Körpers gegen Infektionen dienen. Sie brachen die Zellmembranen in winzige Stücke auf und verschmolzen sie mit scheibenförmigen Nanopartikeln aus einem biologisch abbaubaren Polymer. Diese sogenannten Nanoscheiben bestehen aus echten Makrophagen-Zellmembranen und nicht aus synthetischen Materialien, sodass sie dieselben Proteine ​​enthalten, die Makrophagen verwenden, um Pilze zu erkennen und anzugreifen. Sie verhalten sich im Wesentlichen wie Miniaturversionen der körpereigenen Immunzellen selbst, was es ihnen auch ermöglicht, Angriffen des Immunsystems zu entgehen.

Zhangs Team entschied sich für Makrophagenmembranen, weil diese mit Rezeptoren bedeckt sind, die auf natürliche Weise erkennen Candida. Durch den Erhalt dieser Rezeptoren können die Nanoscheiben Pilzzellen effektiver identifizieren und sich an sie binden als Nanopartikel aus anderen Zelltypen, beispielsweise roten Blutkörperchen.

Sobald die Nanoscheiben angebracht sind, schwächen sie die schützende äußere Membran der Pilzzelle, bis sich winzige Öffnungen bilden. Wenn die Membran zusammenbricht, tritt Zellinhalt aus und unerwünschte Substanzen dringen ein, wodurch der Pilz letztendlich abgetötet wird. Da diese Strategie die Pilzzelle physisch schädigt und nicht auf ein bestimmtes Molekül abzielt, gehen Forscher davon aus, dass es für den Pilz möglicherweise viel schwieriger ist, eine Resistenz zu entwickeln.

Diese besondere Fähigkeit zur Pilzbekämpfung kommt auf die Größe an. Jede Nanoscheibe ist etwa 10 bis 20 Nanometer groß und damit etwa 1.000 Mal kleiner als ein Makrophage. Diese winzige Größe ermöglicht es den Nanoscheiben, direkt mit der Zellmembran des Pilzes zu verschmelzen und diese zu destabilisieren – etwas, was ein Makrophage in voller Größe nicht kann. Im Körper greifen Makrophagen Pilzzellen an, indem sie sie verschlingen. Aber Candida hat Möglichkeiten entwickelt, in Makrophagen zu überleben und zu entkommen, was es schwieriger macht, die Ausbreitung einer Infektion zu verhindern. Die Nanoscheiben helfen dem Immunsystem, wieder die Oberhand zu gewinnen. Durch die Schädigung von Pilzzellen machen die Nanoscheiben sie anfälliger für die Beseitigung durch körpereigene Makrophagen.

Eine weitere Gegenmaßnahme bieten die Nanoscheiben. Candida unterdrückt Makrophagen daran, natürliche Chemikalien zur Pilzbekämpfung zu produzieren, und die Nanoscheiben kehren diese Unterdrückung mehr als um; Sie ermöglichen es Makrophagen, höhere Mengen dieser Antimykotika zu produzieren. Sie verhindern auch Candida verhindert die Bildung von Biofilmen, die Pilzzellen vor Medikamenten und dem Immunsystem schützen.

Die Forscher verabreichten die Nanoscheiben Mäusen mit schweren Blutkreislaufinfektionen, die durch verursacht wurden Candida. Behandelte Mäuse hatten weitaus weniger Pilze in Herz, Nieren, Lunge und Milz. Auch ihr Überleben verbesserte sich im Vergleich zu unbehandelten Mäusen deutlich. Höhere Dosen boten einen größeren Schutz. In einigen Fällen überlebten alle behandelten Mäuse.

Die Behandlung war auch wirksam, wenn sie vor der Infektion verabreicht wurde. Dieser Befund legt nahe, dass die Nanoscheiben möglicherweise zum Schutz vor Pilzinfektionen eingesetzt werden könnten.

Zu den nächsten Schritten gehört die weitere Bewertung der antimykotischen Wirksamkeit dieser zellulären Nanoscheiben gegen ein breiteres Spektrum hochpathogener Pilzarten.

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