Malaria: Mit Nano-Imitaten gegen Parasiten

9. Dezember 2014
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Malariaparasiten dringen in rote Blutkörperchen ein, bringen sie zum Platzen und infizieren so weitere Erythrozyten. Nano-Imitate von Wirtszellmembranen unterbrechen diesen Kreislauf, indem sie die Erreger austricksen und dazu bringen, an sich zu binden.

Für viele Infektionskrankheiten gibt es noch keine Impfung, die eine Infektion im Voraus verhindert; zudem verbreiten sich Resistenzen gegen aktuelle Medikamente rasant. Zur Bekämpfung solcher Infektionen werden daher innovative Strategien mit alternativen Wirkmechanismen gesucht – so etwa gegen den Malariaerreger Plasmodium falciparum, der durch die Stechmücke Anopheles übertragen wird. Malaria ist immer noch verantwortlich für mehr als 600.000 Todesfälle im Jahr, vor allem Kinder in Afrika sind betroffen (WHO, 2012).

Künstliche Bläschen mit Rezeptoren

Die Malariaparasiten dringen normalerweise in menschliche rote Blutkörperchen ein, in denen sie sich verstecken und vermehren. Danach bringen sie die Wirtszellen zum Platzen und infizieren neue Zellen. Dieser Kreislauf kann nun mithilfe der Nano-Imitate effizient unterbrochen werden, da die frei gewordenen Erreger an Nano-Imitate anstatt an die roten Blutkörperchen binden.

Forscher um Prof. Wolfgang Meier, Prof. Cornelia Palivan (beide Universität Basel) und Prof. Hans-Peter Beck (Swiss TPH) haben die Nano-Imitate der Wirtszellmembran entwickelt und erfolgreich getestet. Dazu entwickelten sie einen einfachen Prozess zur Herstellung von Polymer-Vesikeln – kleinster künstlicher Bläschen –, die die spezifischen Wirtszellrezeptoren auf ihrer Oberfläche präsentieren. Die Bildung solcher Polymer-Vesikel mit eingebautem wasserlöslichem Wirtszellrezeptor erfolgte durch ein Gemisch aus zwei unterschiedlichen Block-Copolymeren. In wässriger Lösung formen sich die Nano-Imitate spontan durch Selbstorganisation.

Erreger effizient blockiert

In der Regel zerstören die Malariaparasiten ihre Wirtszellen nach 48 Stunden und infizieren neue rote Blutkörperchen, wobei sie an deren spezifischen Wirtszellrezeptoren binden müssen. Nano-Imitate können nun die heraustretenden Parasiten binden und dadurch ihre Invasion in die Wirtszellen blockieren. Die Erreger befallen so ihre Wirtszellen nicht mehr, sind jedoch für das Immunsystem voll zugänglich.

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Nach ihrer Reifung verlassen Malariaparasiten (gelb) ein infiziertes rotes Blutkörperchen und werden von den Nano-Imitaten (blau) effizient blockiert. © Modified with permission from ACS.

Die Forscher untersuchten die Interaktion von Nano-Imitaten und den Malariaparasiten mittels Fluoreszenz- und Elektronenmikroskopie im Detail. Dabei konnte eine große Anzahl an Nano-Imitaten an die Parasiten binden, und die Reduktion der Infektion war durch die Nano-Imitate um das 100-Fache effizienter als mit löslichen Wirtszellrezeptoren. Das heißt: Um alle Erreger zu blockieren, braucht es eine 100-mal höhere Konzentration von löslichen Wirtszellrezeptoren, als wenn die Rezeptoren auf den Nano-Imitaten präsentiert werden.

Neue Möglichkeiten für alternative Therapie- und Impfansätze

„Unsere Ergebnisse könnten in Zukunft zu neuen Möglichkeiten für alternative Therapie- und Impfansätzen führen“, sagt Adrian Najer, Erstautor der Studie. Da viele Krankheitserreger den gleichen Wirtszellrezeptor zum Eindringen benötigen wie die Malariaparasiten, könnten die Nano-Imitate auch gegen andere Infektionskrankheiten eingesetzt werden.

Originalpublikation:

Nanomimics of Host Cell Membranes Block Invasion and Expose Invasive Malaria Parasites
Adrian Najer et al.; ACS Nano, doi: 10.1021/nn5054206; 2014

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