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Winzige Teilchen kämpfen gegen Bakterien Therapie mit Nanopartikeln

Gespräch mit Prof. Dr. Roland Stauber von der Uni Mainz

Sie sind in unseren Nahrungsmitteln: Nanopartikel. Das klingt irgendwie gefährlich, ist unter Umständen aber gar nicht so schlecht für unseren Magen und die Darmflora.

Nanopartikel sind winzig kleine Teilchen. Über Nase und Mund gelangen sie in unseren Organismus. Sie sind in der Luft zu finden, auch in Kosmetika, in Zahnpasta und eben in der Nahrung, die wir zu uns nehmen. Mit dieser Nahrung gelangen Nanopartikel zunächst in den Magen, anschließend auch in den Darm. Was machen sie dort? Schädigen sie die Darmzellen oder beeinflussen sie sie positiv? Und wie wirken sie auf die Darmflora?

Mit diesen Fragen haben sich Forscher der Universitätsmedizin Mainz beschäftigt und ihre Analysen veröffentlicht. Roland Stauber, Professor an der Mainzer Hals-Nasen-Ohren-Klinik war an dieser Studie beteiligt.

Frau beim Zähne putzen

Auch gegen schmerzempfindliche Zähne gibt es Wunderwaffen aus der Welt der Winzlinge. Mini-Partikel aus Calciumphosphat reagieren mit dem Speichel und bilden einen zahnschmelzähnlichen Schutzfilm. Kosmetikartikel, die Nano-Partikel enthalten, müssen mittlerweile gekennzeichnet sein.

War das eine Studie mit echten Patienten oder eher eine Simulation im Labor?

Wir haben zunächst nicht unmittelbar am Patienten geforscht. Stattdessen haben wir sozusagen ganz unten angefangen, also mit sehr einfachen Systemen. Danach haben wir dann Schritt für Schritt komplexere Ansätze gewählt, um damit mechanistische Zusammenhänge zu erkennen. Also da ging es zum Beispiel um Fragen wie: Können sich diese Kleinstteilchen überhaupt an die Mitbewohner der Darmflora binden, können sie interagieren und schließlich: Können sie diese beeinflussen? Derartige Fragen hat vorher noch niemand gestellt oder untersucht. Das heißt, direkt am Patienten zu forschen wäre so als ob man eine Tür öffnen würde, hinter der es noch komplett schwarz ist, hinter der es keine oder kaum Antworten gibt.

Was haben sie herausgefunden? Können sich diese Nanopartikel an die kleinen Lebewesen im Darm andocken?

Wir haben verschiedenste kleinste Teilchen, also Nanomaterialien, untersucht und konnten zeigen, dass diese sich an verschiedenste Darm-Mitbewohner binden und diese auch in ihrem Lebenszyklus beeinflussen.

Das heißt konkret: Nanopartikel binden sich an Bakterien?

Korrekt. Nicht nur an Bakterien, sondern zum Beispiel auch an Pilzsporen, was wir in einer anderen Studie zeigen konnten. Also die Interaktion "klein trifft kleiner" findet in der Tat statt. Und wir haben bei unseren Studien eben verschiedenste Materialien genutzt. Also auch Materialien, die tatsächlich zur Zeit Anwendung finden in Produkten der Lebensmittelindustrie.

Nanopartikel könnte eine wichtige Rolle in der Medizin spielen

Nanopartikel könnte eine wichtige Rolle in der Medizin spielen

In welchen Produkten finden sich Nanopartikel?

Es gibt verschiedene Stoffe, die im Nanogrößenbereich für Lebensmittelanwendungen zur Verfügung stehen. Zum Beispiel werden Silikate als Rieselhilfe eingesetzt oder Titandioxid zur Aufhellung der optischen Eigenschaften. Aber auch Zusatzstoffe. Zum Beispiel gibt es in China Selen-Nanopartikel, die Tee beigefügt werden, damit man der Bevölkerung diese Mineralien zurückgeben kann. Welches Produkt genau welche Nanopartikel enthält, das ist allerdings eine komplexe Angelegenheit. Es gibt in der EU seit 2014 eine Kennzeichnungspflicht für Nanopartikel als Zusatzstoffe zu Lebensmitteln.

Wozu werden Rieselhilfen eingesetzt?

Damit der Reis schön rieselt etwa, damit Kaffee nicht verklumpt, in Instantsuppen, also in verschiedensten Bereichen sehen wir diese Rieselhilfen - man möchte sie nicht mehr missen bei den Produkten.

"Klein trifft kleiner" war sozusagen der Titel dieser Studie, einer Erforschung der Beziehungsgeflechte in der Nanowelt. Haben die Nanopartikel sich letztlich positiv ausgewirkt oder negativ? Oder beides?

Also im Prinzip gibt es ja zwei Ansätze. Man versucht Nanopartikel als Nanoantibiotika einzusetzen, um krankmachende Darmbakterien abzutöten. Das war Inhalt einer früheren Studie. Aber hier haben wir eben harmlose Silicapartikel untersucht, die Darmzellen zum Beispiel nicht schädigen. Da konnten wir zeigen, dass diese sich an den so genannten Helicobacter Pylori Keim, also einen Keim, der an Magenkrebs beteiligt zu sein scheint, anlagern und dessen Infektiösität reduzieren.

Das war ein sehr interessantes Ergebnis. Das heißt, man hat eine Ummantelung von Bakterien mit kleinen Nanoteilchen. Die verändern dann sozusagen die Eigenschaften der Keime. Mit dieser Ummantelung könnte es sein, dass der Körper diese Keime als den Wolf im Schafspelz erkennt. Das Immunsystem könnte dann anders reagieren.

Eine Illustration von Helicobacter pylori Bakterien.

Das Bakterium Helicobacter ist für Magengeschwüre verantwortlich und gilt als eine der häufigsten chronischen bakteriellen Infektionen. Die Ansteckungsrate ist in Entwicklungsländern sehr viel höher als in Industrienationen.

Aber das sind natürlich noch Untersuchungen, die ganz am Anfang stehen. Aber wir konnten in der Tat zeigen, dass Helicobacter Pylori in der Infektiösität eingeschränkt wurde. Das ist natürlich interessant, wenn man weiter in diese Richtung denkt. Denkbar wäre etwa, spezifische Nanozusätze in Lebensmitteln einzuarbeiten, um derartige krankheitsauslösende Keime zu reduzieren und unschädlich zu machen.

Könnte man Ihrer Strategie durch Heliobacter Plyori verursachte Magengeschwüre, die normalerweise mit Antibiotika behandelt werden, anders bekämpfen?

Die Stärke der Grundlagenforschung ist es eben, neue Türen aufzustoßen. Ich bin ein relativ bescheidener Mensch. Wir hoffen, dass bei diesen aufgestoßenen Türen Kollegen sitzen, sowohl in der Industrie, in der Medizin, aber auch in anderen Bereichen, die diese Erkenntnisse dann umsetzen.

Wenn Sie gegen den Helicobacter Pylori Antibiotika nehmen, dann ist natürlich das Magenkrebs-Risiko nicht sofort weg. Vielmehr sind das langfristige Erkrankungen, bei denen dieses Mikrobiom einen Teil zur Heilung beiträgt. Und solche Effekte könnte man dann eher längerfristig ausbauen.

Eine elektronenmikroskopische Aufnahme von Magenschleimhaut- und Bakterienzellen.

Elektronenmikroskopische Aufnahme von Bakterien (rot), die an Schleimhautzellen haften (blau).

Könnte man in Zukunft bestimmte Krankheiten im Darm mit Nanopartikeln bekämpfen oder therapieren?

Absolut, eben mit den angesprochenen Nanoantibiotika. Aber auch mit Zusätzen als probiotische Nahrungsmittel. Wenn man zum Beispiel überlegt: Man hat eine Rieselhilfe, die sowieso im Produkt enthalten ist. Und man könnte die Rieselhilfe so modifizieren, dass sie als "Nebeneffekt" noch den Helicobacter bekämpfen würde. Da wäre es natürlich gut zu wissen, welche Partikel das genau so umsetzen können. Wie baue ich sie in mein Produkt ein, um eben diesen probiotischen Nebeneffekt zu erreichen?