Es gab einmal eine Zeit, in der die Menschen glaubten, dank Antibiotika unbesiegbar gegen bakterielle Krankheiten zu sein. Klingt das wie ein Märchen? Auf jeden Fall! Nichts ist weiter von der Wahrheit entfernt. Trotz des weit verbreiteten Zugangs zu Antibiotika-Therapien kommen viele Menschen durch für das Auge unsichtbare Krankheitserreger ums Leben. Die Fähigkeit, Medikamente zu entwickeln, die resistente Bakterienstämme bekämpfen können, hat mit der Ausbreitung von Resistenzen nicht Schritt gehalten. Bisher sind Innovationen zur Bekämpfung antimikrobiell resistenter Bakterienstämme sehr gefragt. Kürzlich haben Forscher am Institut für Physikalische Chemie der Polnischen Akademie der Wissenschaften (IPC PAS) gezeigt, dass Grüntee-Silber-Nanopartikel ein wirksames Mittel gegen Krankheitserreger wie Bakterien und Hefen sind. Ihr Ziel war es, eine effiziente Methode zur Bekämpfung von Bakterien zu entwickeln, denen antimikrobielle Wirkstoffe wie Antibiotika sonst nichts anhaben können.

Nach der Entdeckung der Antibiotika änderte sich der Fluch der Menschheit, indem die Entwicklung der Medizin beschleunigt und die Lebenserwartung der Menschen verlängert wurde. Ihre erfolgreiche Umsetzung führte zu einer rasanten Entwicklung der Pharmazie, die immer mehr Medikamente gegen viele Krankheitserreger bereitstellte. Dennoch hat der übermäßige Einsatz von Antibiotika zur Entstehung von Resistenzen gegen diese Verbindungen geführt und ist zu einer der größten Gesundheitsbedrohungen weltweit geworden. Infolgedessen sind Antibiotikaresistenzen schneller entstanden als die Weiterentwicklung von Antibiotika. Das Auftauchen neuer Medikamente zur Bekämpfung dieser Krankheitserreger ist ein kurzfristiger Funke. Selbst wenn wir auf der Verliererseite zu stehen scheinen, besteht immer noch die Chance, einen unsichtbaren Feind zu besiegen.

Dieses Problem wurde vom Wissenschaftlerteam des IPC PAS unter der Leitung von Prof. Jan Paczesny untersucht, der neue Nanoformulierungen für den Einsatz gegen weit verbreitete und anspruchsvolle Krankheitserreger wie ESKAPE-Bakterien vorschlug (Enterococcus faecium, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter baumannii, Pseudomonas aeruginosa und Enterobacter spp.) und andere problematische Hefepilzerreger wie z Candida auris or Cryptococcus neoformans. Diese Mikroorganismen entwickeln bei Behandlung mit handelsüblichen Antibiotika schnell Antibiotikaresistenzen. Als Zielgruppe wählten die Forscher ESKAPE, da diese Erreger zu schweren Erkrankungen führen, von Sepsis bis hin zu Krebs. Wie? Hier beginnt die Geschichte.

Vor einigen Monaten beschloss Paczesnys Team, Silbernanopartikel, die für ihre antimikrobiellen und antimykotischen Eigenschaften bekannt sind, mit Teeextrakten zu kombinieren, die reich an Polyphenolen sind und zusätzlich über antioxidative Eigenschaften verfügen. Das Konzept wurde entwickelt, um das breite Spektrum zu erweitern Wirksamkeit gegen Krankheitserreger mit grünen Hybrid-Silber-Nanopartikeln (AgNPs), die deutlich wirksamer sind als alle Inhaltsstoffe und sogar wirksamer als bestimmte Antibiotika. Warum sind diese Hybridpartikel so besonders? In ihrer Arbeit wurden drei bekannte Teesorten: schwarzer Tee (B-Tea), grüner Tee (G-Tea) und Pu-Erh-Tee (R-Tea) als Verschlussmittel verwendet, das als Stabilisator zum Schutz fungiert die synthetisierten Partikel vor der Aggregation. Dadurch bieten die Partikel im Vergleich zu anderen Formulierungen eine hohe aktive Oberfläche. Darüber hinaus ist eine solche Synthese umweltfreundlich, da bei der Fällung natürliche Inhaltsstoffe verwendet werden. Die erzeugten Strukturen variieren in Form und Größe zwischen 34 und 65 nm, abhängig von der bei der Synthese verwendeten Teesorte, und zeigen eine unterschiedliche Reaktivität gegenüber Mikroorganismen.

Ursprünglich wurden Silbernanopartikel, die in Gegenwart von Teeextrakten (B-TeaNPs, G-TeaNPs und R-TeaNPs) hergestellt wurden, zur Behandlung von Gram-negativen (E. coli) und grampositiv (E.faecium) Bakterienstämme, um die Wirkung auf Stämme mit unterschiedlichen Zellhüllenmorphologien zu testen. Sie untersuchten die Wechselwirkungen zwischen den hergestellten Nanopartikeln und den Krankheitserregern, um die Wirksamkeit zu bestimmen, und verglichen die Ergebnisse mit kommerziell erhältlichen Antibiotika. Anschließend wurden die ESKAPE-Krankheitserreger gemäß einem Protokoll auf die effektivste Konzentration und Zusammensetzung der Partikel getestet und dabei eine bis zu 25-prozentige Verringerung der Anzahl der Bakterienzellen festgestellt E.faecium und ein Rückgang um 90 % im Fall von E. cloacae. Interessanterweise zeigten die grünen Silbernanopartikel auch eine antimykotische Aktivität, was zu einem Rückgang der Anzahl lebensfähiger Zellen um 80 % führte C. auris und etwa 90 % Rückgang für C. neoformans.

Darüber hinaus hängt die Größe von Nanopartikeln normalerweise mit der zytotoxischen Wirkung von Nanomaterialien zusammen, wobei kleinere Partikel zytotoxischer sind. Dies sollte in unseren Experimenten Kontroll-AgNPs und R-TeaNPs gegenüber G-TeaNPs und B-TeaNPs begünstigen. Dies war nicht der Fall. In den meisten Experimenten zeigten C-AgNPs und R-TeaNPs die geringste antimikrobielle Wirksamkeit. Dies steht im Einklang mit anderen Studien, die zeigten, dass die Größe kein primärer Faktor ist, der die antimikrobielle Aktivität von AgNPs beeinflusst."

Sada Raza, Erstautorin

Die antibakteriellen und antimykotischen Eigenschaften von Silbernanopartikeln, die aus Teeextrakten hergestellt werden, sind aufgrund ihres hohen Gehalts an phenolischen Verbindungen, Isoflavonoiden (insbesondere Catechine wie Epigallocatechin (EGC) und Epigallocatechingallat (EGCG)), größer als die von Silbernanopartikeln allein. Diese Kombinationen, die biologisch aktive Teeextrakte und kleinere Mengen an Silbernanopartikeln verwenden, scheinen eine potenzielle Möglichkeit zur Bekämpfung einer Reihe von Infektionen zu sein und in einigen Anwendungen sogar Antibiotika zu ersetzen.

"Wir haben festgestellt, dass mit Teeextrakten synthetisierte Silbernanopartikel stärkere antibakterielle Eigenschaften haben als Silbernanopartikel allein. Daher könnten niedrigere Dosierungen von TeaNPs verwendet werden (0.1 mg mL).^-1). Wir haben bestätigt, dass die synergistische Wirkung von Teeextrakten und Silbernanopartikeln in einigen Fällen eine höhere Wirksamkeit als Antibiotika (Ampicillin) ermöglichte, wenn sie bei gleichen Konzentrationen (0.1 mg ml) getestet wurden^-1) und nach einer relativ kurzen Belichtungszeit von drei Stunden.“ – bemerkt Mateusz Wdowiak, Mitautor dieser Arbeit.

Die Forscher fanden heraus, dass die antimikrobiellen Hybrid-Nanopartikel im Vergleich zu Antibiotika oder einzelnen Verbindungen zu einer deutlichen Reduzierung der Bakterien führten. Obwohl nicht alle Bakterien abgetötet wurden, stellt dies eine erhebliche Verbesserung dar, die die Behandlung von Superkeimen mit viel geringeren Dosen als bei anderen kommerziell erhältlichen Verbindungen unterstützen könnte. Die Menge an hybriden Silbernanopartikeln, die zur Bekämpfung von Bakterien- oder Pilzinfektionen benötigt wird, ist äußerst gering, was sie kostengünstig macht. Der Schlüssel zu ihrer guten Verwendung liegt also nicht nur in der Funktionalität, sondern auch in den niedrigen Kosten der Anwendung.

Es handelt sich um einen Ansatz, der auch zur Bekämpfung anderer schwer behandelbarer bakterieller Infektionen angepasst werden kann. Die neuen Nanopartikel, die von Forschern am IPC PAS entwickelt wurden, könnten uns der wirksamen Abtötung tödlicher arzneimittelresistenter Superbakterien einen Schritt näher bringen und eine Alternative zu Antibiotika gegen gramnegative und grampositive Bakterien darstellen. Diese Studie zeigt auch, dass in diesem Bereich noch viel zu tun ist. Separat verwendete Verbindungen waren viel weniger wirksam als der grüne Hybrid.

Das Hauptziel der Forscher besteht in der Zukunft darin, Nanopartikel im täglichen Leben einzusetzen, angefangen bei landwirtschaftlichen Anwendungen bis hin zum Ersatz schädlicher Verbindungen, die auf Feldern verwendet werden, um Pflanzenbefall zu bekämpfen und uns dem ökologischen Landbau näher zu bringen. In größerem Maßstab könnte das vorgeschlagene Material auch in biomedizinischen Anwendungen eingesetzt werden, beispielsweise als Zusatzstoff für Wundauflagen zum Schutz vor gramnegativen und grampositiven Bakterien. Sie hoffen, mithilfe der Nanotechnologie gezieltere Behandlungen für arzneimittelresistente Superbakterien entwickeln zu können.

Ihre Arbeit wurde veröffentlicht in Fortschritte im Nanobereich Zeitschrift und wurde vom Nationalen Wissenschaftszentrum Polen im Rahmen des SONATA BIS-Stipendiums Nr. 2017/26/E/ST4/00041 und von der Stiftung für polnische Wissenschaft aus dem Europäischen Fonds für regionale Entwicklung im Rahmen des Projekts POIR.04.04.00-00-14D6 finanziert /18-00 „Hybride Sensorplattformen für integrierte photonische Systeme auf Basis von Keramik- und Polymermaterialien (HYPHa)“ (TEAM-NET-Programm).

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• Quelle: https://www.news-medical.net/news/20231117/Green-tea-silver-nanoparticles-A-promising-weapon-against-superbugs.aspx