TTUHSC-Wissenschaftler erhält US-Patent zur Herstellung neuartiger Nanoantibiotika

Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention erkranken jedes Jahr mehr als 2,8 Millionen Amerikaner an antibiotikaresistenten bakteriellen Infektionen, und etwa 35.000 dieser Patienten überleben ihre Infektion nicht.

Auf seiner Suche nach Lösungen für das Problem der Antibiotikaresistenz hat Hongjun (Henry) Liang, Ph.D., vom Department of Cell Physiology and Molecular Biophysics des Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC) seine Forschung auf die Entwicklung neuartiger Nanopartikel konzentriert sogenannte Nanoantibiotika, die gegen bakterielle Infektionen wirken, insbesondere solche, die gegen die Behandlung mit bekannten Antibiotika resistent sind.

Bis heute hat Liangs Arbeit zu mehreren von Experten begutachteten Veröffentlichungen und seit dem 26. Juli zu einem US-Patent mit dem Titel „HydrophilicNanostructured Membrane Active Antimicrobials With High Activity, Selectivity And Biodegradability“ geführt, das es dem Liang-Laborteam ermöglicht, die neuartigen Nanoantibiotika herzustellen .

In den Kliniken werden bereits viele Antibiotika eingesetzt, und viele davon sind bei gewöhnlichen Infektionen recht wirksam. Aber wir stehen dieser zunehmenden Herausforderung mit MRSA (Methicillin-resistenter Staphylococcus aureus) und anderen Arten arzneimittelresistenter Bakterien gegenüber, also den Bakterien, die gewöhnliche Infektionen in lebensbedrohliche Ereignisse verwandeln.“

Hongjun (Henry) Liang, Ph.D., Texas Tech University Health Sciences Center (TTUHSC), Abteilung für Zellphysiologie und Molekulare Biophysik

Liang hofft, eine neue Generation von Antibiotika zu etablieren, die drei Eigenschaften aufweisen: Sie können Bakterien abtöten, ohne für gesunde Zellen toxisch zu sein, sie sind biologisch abbaubar und in der Umwelt abbaubar, sodass sie die normalen mikrobiellen Gemeinschaften in natürlichen Lebensräumen nicht schädigen, und sie sind weniger wahrscheinlich Widerstand hervorrufen.

Frühere Forschungen haben gezeigt, dass die Fähigkeit eines Moleküls, Wasser abzustoßen (Hydrophobie) und seine Fähigkeit, Wasser anzuziehen und sich darin aufzulösen (Hydrophilie), einen erheblichen Einfluss auf Zellen hat. Liang sagte, je hydrophober eine Substanz sei, desto schädlicher sei die Reaktion, die sie hervorrufe. Allerdings gebe es keinen quantitativen Standard dafür, wie viel Hydrophobie akzeptabel sei, fügte er hinzu.

„Grundsätzlich kann man Bakterien abtöten, wenn man die Hydrophobie erhöht“, sagte Liang. „Aber es tötet auch gesunde Zellen ab, und das wollen wir nicht.“

In einer im Januar 2022 veröffentlichten Studie von NaturkommunikationDas Liang-Team entwickelte neuartige hydrophile Nanoantibiotika, die winzigen haarigen Kügelchen ähnelten, die aus vielen hydrophilen Polymerbürsten bestanden, die auf Silica-Nanopartikel unterschiedlicher Größe aufgepfropft waren. Diese synthetischen Verbindungen, die auch Liangs Labor herstellt, sollen Bakterien durch Membranzerstörung abtöten, indem sie eine andere Art der Membranumgestaltung nutzen, die Bakterienmembranen schädigt, Säugetierzellen jedoch intakt lässt.

Diese Studie war die dritte, die das Liang-Labor zum Thema Nanoantibiotika veröffentlichte. Die ersten und zweiten Arbeiten, die das Designkonzept hydrophiler Nanoantibiotika erläuterten, wurden 2017 von ACS Infectious Disease und 2020 von Biomacromolecules veröffentlicht. Beide wurden als Titelgeschichte in ihrer jeweiligen Zeitschrift vorgestellt und von Chemical & Engineering News hervorgehoben.

Mit den drei veröffentlichten Studien und dem Patent ausgestattet, sagte Liang, konzentrierte sich sein Team nun auf einen zweigleisigen Ansatz zur Entwicklung und Verfeinerung der Nanoantibiotika für den Einsatz bei Patienten.

Der erste Schwerpunkt, den Liang als die wissenschaftliche und wissenschaftliche Seite seiner Bemühungen beschrieb, besteht darin, auf klinische Studien zu drängen. Um diesen Prozess einzuleiten, wird das Liang-Labor zusätzliche Bundeszuschüsse beantragen, die Tierstudien unterstützen und schließlich zu klinischen Studien an menschlichen Patienten führen werden.

„Das ist eher der Forschungs- und akademische Teil unserer Bemühungen“, fügte Liang hinzu.

Der zweite Pfeiler von Liangs Ansatz besteht darin, mit dem Innovation Hub der Texas Tech University zusammenzuarbeiten, um die Kommerzialisierung der Erfindung seines Labors zu unterstützen.

„Indem wir die Schulungsmöglichkeit zur Forschungskommerzialisierung in unserem Innovation Hub nutzen, können wir hoffentlich interessierte Parteien in der Pharmaindustrie identifizieren, die in der Lage oder bereit sind, mit uns zusammenzuarbeiten“, sagte Liang. „Eine unserer wahrscheinlichen Richtungen besteht darin, einen SBIR-Zuschuss (Small Business Innovation Research) für die Produktion im Pilotmaßstab zu beantragen. Das ist unser zweigleisiger Ansatz.“

Liang sagte, die Infektion stelle sowohl für Ärzte an vorderster Front als auch für Wissenschaftler eine große Herausforderung dar. Es ist eine Herausforderung, der er begegnen möchte, indem er Innovationen nutzt, um eine neue Generation von Antibiotika zu entwickeln.

„Das ist unser Ziel und wir sind auf einem guten Weg dahin“, sagte Liang. „Ich kann nicht sagen, dass dies der einzige Weg nach vorne ist; natürlich gibt es viele verschiedene Wege. Die Neuheit unseres Beitrags besteht darin, diese Herausforderung anzugehen, indem wir Antibiotika aus nanotechnischer Sicht entwickeln. Dies ist ein sehr neuer Weg, der es nicht ist.“ gut erforscht und wir sind stolz auf unsere bisherigen Fortschritte.

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