Pharmafabrik im Körper

Basel. Antibiotika hemmen Entzündungen - aber oft nicht an jenen Stellen im Körper, für die sie bestimmt sind. Doch nun können sie dank Nanoreaktoren genau dort erzeugt werden, wo sie gebraucht werden. Eine neue Entwicklung von Basler Wissenschaftern hilft gegen Nebenwirkungen bei Implantaten.

Ob Zahnersatz oder künstliche Gelenke - die steigende Anzahl von Implantaten führt auch zu einem Anstieg unerwünschter Nebenwirkungen. Eine der großen Schwierigkeiten in der Implantologie sind dabei bakterielle Infektionen direkt am Implantat. Bakterien können sich, trotz steriler Umgebungsbedingungen, auf einer Implantatoberfläche ansiedeln und dort zu schweren Schäden führen.

Bisher wird versucht, diese Infektionen durch oral verabreichte Antibiotika zu behandeln. Der Nachteil einer solchen Medikamentengabe ist, dass sich das Antibiotikum über den gesamten Körper verteilt und an der gewünschten Stelle häufig nicht den gewünschten Effekt erzielt. Insbesondere sieht man solche Effekte bei Prothesen von Knie- und Hüftgelenken. Die Behandlung eines entzündeten künstlichen Gelenks ist eine befürchtete Nebenwirkung. Bei einer Infektion belasten weitere, langwierige und komplizierte Eingriffe den Patienten und erfordern einen Wechsel der gerade frisch eingesetzten Prothese.

Um diesen Problemen entgegenzuwirken, haben jetzt Schweizer Chemiker der Universität Basel ein Antibiotikum entwickelt, das erst im Körper in einer winzig kleinen Reaktorkugel hergestellt und dort lokal freigesetzt wird. Der Nanoreaktor besteht aus einer kugelförmigen künstlichen Membran, genannt Polymersom, das einen Hohlraum umschließt. Um diese Hülle für kleine Moleküle durchlässig zu machen, haben die Basler Wissenschafter Karolina Langowska, Cornelia G. Palivan und Wolfgang Meier Proteine eingebaut und die Membran so mit winzigen Kanälen ausgestattet. Damit konnten die Forscher einen Nanoreaktor herstellen, in dessen Inneres ein Enzym, die sogenannte Penicillinacylase, einschlossen ist. Innerhalb dieser Kugel ist dieses Enzym vor einem körpereigenen Abbau geschützt. Die Penicillinacylase ist zunächst inaktiv. Über die Poren in der Hülle ist das Enzym jedoch für andere Substrate zugänglich und kann dann eine chemische Reaktion initiieren.

Wirkung direkt am Implantat

Als Schutz vor einer Infektion nach einem operativen Eingriff am Implantat nimmt der Patient ein zunächst unwirksames Medikament, das sich im gesamten Körper wie ein herkömmliches Antibiotikum verteilt. Im Bereich des entzündeten Implantats sind die Poren des Nanoreaktors genau so groß, dass die zwei in diesem Medikament enthaltenen Substanzen eingeschleust werden. Dort reagieren jetzt die Substanzen mithilfe des Enzyms miteinander und produzierten im Nanoreaktor das gewünschte Antibiotikum. Dieses Antibiotikum tritt abschließend aus der Kapsel und kann nun direkt am gewünschten Einsatzort reagieren.

Dabei handelt es sich bei dem synthetisierten Antibiotikum um Cephalexin, ein Standardmedikament zur Behandlung bakterieller Infektionen. Polymere Nanoreaktoren bilden einen vielversprechenden Ansatz, um Wirkstoffe direkt vor Ort aktiv werden zu lassen. Der nächste Schritt in den Arbeiten der Forscher ist nun, das Implantat mit dem Nanoreaktor zu beschichten. So platziert, könnten die Nanoreaktoren direkt an der gewünschten Stelle den aktiven Wirkstoff produzieren und ein Infektionsrisiko selektiv senken.