„Karamellisiertes Gold“ beseitigt Bakterien schneller als Antibiotika

Wenn Bakterien nicht aufgehalten werden, können sie sich auf unseren Zähnen oder verletzter Haut in ein schleimiges Gerüst einhüllen und zu einem sogenannten Biofilm werden. Diese Bakterien richten in unserem Gewebe verheerende Schäden an. Durch den Schleim sind sie schließlich gut vor antibiotischen Medikamenten geschützt und nur schwer zu beseitigen.

Eine neue Strategie könnte eine einfache Möglichkeit bieten, diesen Film aufzubrechen und die Bakterien unschädlich zu machen. Behilflich sollen dabei Zucker und Gold sein.

Wertvolle Alternative zu Antibiotika

Konkret haben Forscher der University of Pennsylvania und der Stanford University zuckerbeschichtete Goldnanopartikel entwickelt, mit denen sie Biofilme sowohl aufspüren als auch zerstören können. In ihrer Studie zeigten die Autoren das diagnostische und therapeutische Potenzial der Nanopartikel auf den Zähnen und der verletzten Haut von Ratten und Mäusen.

Innerhalb von nur einer Minute konnte das goldene Wundermittel den Biofilm durchbrechen und die Bakterien abtöten. Damit übertreffe die neue Entwicklung deutlich die bisher gängigen antimikrobiellen Mittel.

„Mit dieser Methode kann man Biofilme zerstören, ohne Infektionen chirurgisch zu entfernen, was bei der Verwendung von Antibiotika notwendig sein kann. Außerdem könnten so Patienten behandelt werden, die allergisch auf Antibiotika reagieren oder mit Stämmen infiziert sind, die gegen dieses Medikament resistent sind“, erklärt Luisa Russell, eine nicht an der Studie beteiligte Doktorin der US-Gesundheitsinstitute NIH. „Die Tatsache, dass diese Methode frei von Antibiotika ist, ist ein großer Vorteil.“

Einmal im menschlichen Körper angekommen, können Bakterien enorme Schäden anrichten. So können orale Biofilme – auch Plaques genannt – zu erheblichem Zahnverfall führen. Auch bei Wundinfektionen, häufig verursacht durch Staphylokokkenbakterien, kann sich der Heilungsprozess stark verzögern. In beiden Fällen kann das dicht gepackte Netz von Proteinen und Kohlenhydraten in Biofilmen verhindern, dass Antibiotika die Mikroben im betroffenen Bereich erreichen.

Aufgespürt und beseitigt

Aber das ist noch nicht alles, was Biofilme an Problemen mit sich bringen. Sie sind nicht nur schwer zu entfernen, sondern auch schwer zu erkennen. Mit der neuen Entwicklung haben die Forscher jedoch eine Lösung gefunden, die beide Probleme mit einer Klappe schlägt: Gold.

Gold ist ungiftig und wandelt die Energie von Lichtquellen leicht in Wärme um. Dies macht ihn zu einem erstklassigen Kandidaten für die photothermische Therapie – eine Strategie, die die Wärme von Nanopartikeln nutzt, um Krankheitserreger abzutöten. Die Nanopartikel erzeugen nicht nur Wärme, sondern senden als Reaktion auf Licht auch nachweisbare Ultraschallwellen aus. Auf diese Weisen können die Goldpartikel schließlich mit einer speziellen Technik sichtbar gemacht werden.

Um die goldenen Partikel aber für Bakterien attraktiv zu machen, müssen sie mit Dextran beschichtet sein – einem zuckerähnlichen Molekül und beliebter Baustein von Biofilmen. Einmal vom Biofilm aufgenommen, sendet das umhüllte Goldpartikel deutliche Signale aus, die von den Forschern registriert und lokalisiert werden können.

Mit einer anschließenden Bestrahlung der infizierten Stelle konnten die Bakterien fast zu 100 Prozent abgetötet werden. Herkömmliche Mittel wie das Antiseptikum Chlorhexidin verringerte die Lebensfähigkeit der Bakterien dagegen nicht wesentlich.

„Diese Behandlung ist besonders für orale Infektionen geeignet. Wir haben zwar den Laser eine Minute lang angewendet, aber nach etwa 30 Sekunden haben wir im Grunde alle Bakterien abgetötet“, sagte Dr. Maryam Hajfathalian, Erstautorin der Studie und Professorin für biomedizinische Technik.

Bakterien überhitzt

Die an offenen infizierten Wunden durchgeführten Untersuchungen waren ähnlich erfolgreich. Aufgrund der von den Nanopartikeln erzeugten Wärme war auch hier die neue Methode erheblich effizienter als das übliche antimikrobielle Mittel namens Gentamicin. Zwar kam es zu einem Temperaturanstieg von 20 Grad Celsius, jedoch nur an der infizierten Stelle, sodass das umliegende gesunde Gewebe keinen Schaden nahm.

In weiteren Tests wollen die Forscher künftig untersuchen, ob sich diese Methode auch gegen Karies bewährt oder die Heilung von Wunden beschleunigen kann. „Ich denke, es ist wichtig zu sehen, wie kostengünstig, einfach und schnell dieses Verfahren ist. Da wir bei der Verwendung von Antibiotika eingeschränkt sind, brauchen wir neuartige Behandlungen wie diese als Ersatz“, so Hajfathalian abschließend.

Die noch nicht begutachtete Studie erschien im Fachmagazin „Journal of Clinical Investigation“.