Nanotechnologie: Mikromotoren bekämpfen Bakterien mit Antibiotika im Magen

San Diego – Nanoingenieure von der University of California ist es gelungen Magnesium-(Mg-)basierte Mikromotoren zu entwickeln, die Antibiotika direkt in den Magen von Mäusen transportieren. Die Infektion mit Heliobakter pylori konnte mit den kleinen Vehikeln sogar etwas besser bekämpft werden wie mit einer oralen Antibiotikatherapie. Ein Protonenpumpeninhibitor (PPI), der bei solchen Infektionen für gewöhnlich eingesetzt wird, um die Magensäure zu reduzieren, war in diesem Modell nicht nötig. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications (2017; doi: 10.1038/s41467-017-00309-w) publiziert.

PPI können bei andauerndem Einsatz Kopfschmerzen, Fatigue und Durchfall verursa­chen. In einigen Fällen berichten Patienten sogar über Angstzustände und Depressio­nen. Ein System, das Säure-sensitive Medikamente ohne PPI im Magen-Darm-Trakt abliefert, wäre daher von Vorteil.

Mit den Mg-basierten Mikromotoren ist es den Forschern um Berta Esteban-Fernández de Ávila und Pavimol Angsantikul gelungen, die Magensäure ohne PPI zu neutrali­sieren und das Bakterium zu beseitigen. Das geladene Antibiotikum, in diesem Fall Clarithromycin (CLR), lieferte der Mikromotor im Mausmagen ab, sobald der pH-Wert neutrale Werte erreicht hatte. Die mit Heliobakter pylori infizierten Mäuse hatten das Antibiotikum über fünf Tage oral aufgenommen. Eine Vergleichsgruppe erhielt die herkömmliche orale Antibiotikatherapie in gleicher Dosierung in Kombination mit PPI.

Mithilfe der Mikromotoren konnten die H.-pylori-Bakterien sogar etwas besser elimi­niert werden. Der Unterschied war aber nicht signifikant: 2,9 × 105 kolonieformende Bakterien (CFU)/g versus 2,8 × 106 CFU/g; Kontrolle mit Wasser: 2,1 × 107 CFU/g. Dennoch stünde die Technik noch ganz am Anfang, erklären die Autoren. Zukünftige In-vivo-Studien müssten die Wirkung im Vergleich zu herkömmlichen Therapien bei Magenerkrankungen bestätigen.

Die Mikromotoren bestehen aus einen etwa 20 μm großen Mg-Kern, den ein schützender Titandioxidmantel umhüllt. Eine weitere Schicht besteht aus dem Antibio­tikum. Außen schirmt ein positiv geladenes Polymer (Chitosan) das Vehikel ab und verhindert, dass es sich an der Magenwand festsetzt (siehe Bild oben). Die Fort­bewegung bewerkstelligt der Mg-Kern. Er interagiert mit der Magensäure, was einen Strom von Wasserstoffbläschen erzeugt, die die Mikro­motoren propellerartig mit etwa 120 μm/s vorantreiben (siehe Video). Gleichzeitig reduziert diese Reaktion nach maximal 20 Minuten temporär den pH-Wert, sodass das Antibiotikum abgeworfen werden kann. Innerhalb der nächsten 24 Stunden stellt sich der normale pH-Wert wieder ein.

gie