Denn Schwangerschaftskomplikationen wie Infektionen, Schwangerschaftsvergiftung, Diabetes oder eine drohende Frühgeburt gehen häufig mit Entzündungen einher. Die bisherigen Therapieoptionen sind jedoch oft nicht ausreichend wirksam oder stehen im Verdacht, die Entwicklung des Fötus zu stören.

Nanozyme als neue Wirkstoffträger

Eine vielversprechende Strategie stellen sogenannte Nanozyme dar – künstlich hergestellte Partikel im Nanometer-Bereich mit enzymähnlichen Eigenschaften. Sie könnten helfen, Entzündungen in der Plazenta gezielt zu behandeln, ohne Mutter oder Kind zu gefährden. Im Rahmen eines vom Schweizer Nationalfonds (SNF) geförderten Projekts entwickeln Forschende der Empa, der ETH Zürich, des Kantonsspitals St. Gallen und der Zhejiang University in China neuartige Nanozyme. Die Entwicklung wird von umfangreichen Sicherheitsstudien begleitet.

Maßgeschneidert und gezielt aktiv

Die Nanozyme bestehen aus einem nanostrukturierten Kern, etwa aus Metallatomen oder Metalloxiden, der die enzymatische Aktivität bestimmt. Oberflächenmodifikationen erhöhen die Stabilität und verbessern die Spezifität der Partikel. So soll ein maßgeschneiderter Einsatz für verschiedene Krankheitsbilder ermöglicht werden. „Auf diese Weise wollen wir einen massgeschneiderten Einsatz für verschiedene Anwendungsbereiche ermöglichen“, erklärt Empa-Forscher Nikolaos Tagaras.

Je nach vorherrschenden Krankheitsprozessen können die Nanozyme vom sogenannten „Stealth Mode“, einem inaktiven Zustand, in eine aktive Phase übergehen. Dabei sind sie in der Lage, beispielsweise reaktive Sauerstoffspezies (ROS) zu neutralisieren oder bakterielle Infektionen zu bekämpfen.

Menschliches Gewebe liefert entscheidende Erkenntnisse

Begleitend zur Entwicklung finden Laborexperimente zur Sicherheit der Nanozyme statt. Die Empa-Forschenden setzen dabei eigens entwickelte Modelle ein, die die physiologischen Vorgänge an der Plazenta und im mütterlich-fetalen Organismus realitätsgetreu nachbilden.

„Der Aufbau, der Stoffwechsel und das Ineinandergreifen von mütterlichem und fetalem Gewebe sind beim Menschen einzigartig“, erklärt Tina Bürki, Leiterin des „Nanomaterials in Health“-Labors der Empa in St. Gallen. „Daher ist es erforderlich, die Wirkung der Nanozyme an Labormodellen mit menschlichen Zellen und Geweben zu untersuchen.“

Zum Einsatz kommt unter anderem ein bereits etabliertes Plazenta-Modell mit funktionsfähigem menschlichem Plazentagewebe, das nach Kaiserschnitten zur Verfügung gestellt wurde. „Nur dank menschlichem Plazentagewebe lassen sich aussagekräftige Resultate zum Transport und der Wirkung der Nanozyme ermitteln“, betont Bürki.

Realitätsnahe Analysen mit dem Plazenta-Chip

Ergänzend dazu setzen die Forschenden auf einen sogenannten Plazenta-Chip – ein fingerlanger Polymer-Chip, auf dem menschliche Zellen wachsen. Diese bilden die Plazentaschranke und den Embryo möglichst realitätsnah nach. Damit können sowohl Transportprozesse als auch mögliche direkte und indirekte Schadwirkungen der Nanozyme auf die frühe Embryonalentwicklung untersucht werden.

Erste Ergebnisse geben Anlass zur Hoffnung

Die bisherigen Resultate des Projekts stimmen optimistisch. „Die Nanozyme beeinträchtigen die Plazentaschranke nicht und zeigen bisher keine negativen Auswirkungen auf die untersuchten Modelle“, so Tagaras. In den nächsten Schritten will das Team nun die entzündungshemmenden und antibakteriellen Eigenschaften der Nanozyme weiter untersuchen.

Originalpublikation:
Tagaras, N., Song, H., Sahar, S., Tong, W., Mao, Z., & Buerki-Thurnherr, T. (2024). Safety landscape of therapeutic nanozymes and future research directions. Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202407816

Quelle: Empa