Polymer-Vesikel

Mit Nano-Imitaten gegen Malariaparasiten

Malariaparasiten dringen in menschliche rote Blutkörperchen ein, die sie zum Platzen bringen und so weitere infizieren. Nun haben Forschende der Universität Basel und des Schweizerischen Tropen- und Public Health-Instituts sogenannte Nano-Imitate von Wirtszellmembranen entwickelt, welche die Erreger täuschen und austricksen. Dies könnte zu neuartigen Therapie- und Impfstrategien gegen Malaria und andere Infektionskrankheiten führen, wie die Forschenden in der Fachzeitschrift „ACS Nano“ berichten.

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

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 600000 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.

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Forschende 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.

Die Forschenden 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.

„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. Das Forschungsprojekt wurde vom Schweizerischen Nationalfonds und dem NCCR „Molecular Systems Engineering“ finanziell unterstützt.

Originalbeitrag:
Adrian Najer, Dalin Wu, Andrej Bieri, Françoise Brand, Cornelia G. Palivan, Hans-Peter Beck, and Wolfgang Meier: Nanomimics of Host Cell Membranes Block Invasion and Expose Invasive Malaria Parasites. ACS Nano, Publication Date (Web): November 29, 2014. DOI: 10.1021/nn5054206.

Weitere Auskünfte:
Prof. Wolfgang Meier
Universität Basel, Departement Chemie
E-Mail: wolfgang.meier@unibas.ch.

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