Mit Antioxidantien gegen Sepsis?

Eine Sepsis ist eine Reaktion des Immunsystems auf eine Infektion. Dabei laufen die Reaktionen aus dem Ruder und es kommt zu einer Überflutung des Organismus mit reaktiven Sauerstoffspezies. Bisher ist eine Sepsis jedoch ein Teufelskreis von Entzündungsreaktionen, die auf eine lokale Infektion hinausläuft. Die Folgen können ein rapider Abfall des Blutdrucks und Organversagen sein. Aufgrund der ansteigenden Resistenzen gegen bisher eingesetzte Antibiotika, könnte der Stopp der Entzündungsreaktion ein interessanter alternativer Behandlungsweg sein. In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten nun südkoreanische Wissenschaftler, dass zirkoniumdotierte Ceroxidnanopartikel gegen solche reaktive Sauerstoffspezies wirksam sind.

Reaktive Sauerstoffspezies unschädlich machen

Taeghwan Heyon von der Seoul National University in Südkorea und seine Kollegen haben zu diesem Zweck Ceroxidnanopartikel im Blick, die als Antioxidantien reaktive Sauerstoffspezies wie das Superoxid-Anion, Hydroxylradikale und Wasserstoffperoxid unschädlich machen können. Denn diese Sauerstoffspezies sind Schlüsselverbindungen bei Entzündungsreaktionen. Cer-Ionen nehmen die reaktiven Elektronen von der Sauerstoffspezies auf und wechseln leicht in eine andere Oxidationsstufe. Die Wissenschaftler beobachteten eine stark erhöhte Überlebensrate bei der Behandlung von Sepsen mit diesen Nanopartikeln.

Für den Ablauf dieser Reaktion in einer lebenden Zelle müssen jedoch zwei Bedingungen gegeben sein. Größe und Beschaffenheit der Partikel müssen stimmen und das Cer-Ion mit der Oxidationsstufe III (Ce3+) muss auf der Nanopartikeloberfläche ständig zugänglich sein, wodurch ein Regenerationsprozess miteingeschlossen wird. Die Wissenschaftler beschichteten daher zwei Nanometer große Ceroxidpartikel mit einer Hülle aus Polythylenglycol-verknüpften Phospholipiden, damit sie in die Zelle eindringen und dort verbleiben können. Für die zweite Bedingung entdeckten die Südkoreaner, dass Zirkonium-Ionen in der Ceroxidstruktur hilfreich sind. Denn „die Zr4+-Ionen steuern sowohl das Verhältnis von Ce3+ und Ce4+ als auch die Geschwindigkeit, mit der sich die beiden Oxidationszustände gegenseitig umwandeln“, argumentieren die Wissenschaftler.

Entzündungsreaktionen erfolgreich unterbrochen

Als nächsten Schritt überprüften die Wissenschaftler, inwieweit die Nanopartikel typische reaktive Sauerstoffspezies neutralisieren können – sowohl im Reagenzglas als auch im Tiermodell. „Eine einzige Dosis der Ceroxid-Zirkoniumoxid-Nanopartikel unterbrach in zwei Sepsismodellen erfolgreich den Teufelskreis aus Entzündungsreaktionen“. Die Nanopartikel sammelten sich in den Organen mit der übermäßigen Immunantwort an und bauten dort die reaktiven Sauerstoffspezies ab. Dies beobachteten die Wissenschaftler durch Fluoreszenzmikroskopie und andere Nachweistechniken. Auch die in den Tiermodellen behandelten Mäuse und Ratten überlebten weit häufiger als die Kontrolltiere. Dadurch ist klar, dass auch andere Behandlungsmöglichkeiten außer Antibiotika zur Verfügung stehen. (idw, red)