Chitosan in der Therapie gegen diabetische Geschwüre

Rund ein Drittel aller Diabetes Typ-2 Betroffenen entwickeln im Laufe ihrer Erkrankung diabetische Fußgeschwüre. Durch Biofilmbildung und multiresistente Keime kommt es bei 50 % der Betroffenen zu Entzündungen. In diesem Artikel wird eine Studie vorgestellt, die sich mit der Behandlung dieser mit chitosanhaltigen, metallischen Nanopartikeln beschäftigt, die an Toluidinblau als Photosensitizer gekoppelt wurden.

EIN NANO-PHOTOTHERANOSTISCHER ANSATZ MIT TOLUIDINBLAU-KONJUGIERTEN GOLD-SILBER-KERNSCHALEN ZUR PHOTODYNAMISCHEN THERAPIE VON DIABETISCHEN FUSSGESCHWÜREN

Akhtar, F., Khan, A.U., Qazi, B., Kulanthaivel, S., Mishra, P., Akhtar, K., & Ali, A. (2021). A nano phototheranostic approach of toluidine blue conjugated gold silver core shells mediated photodynamic therapy to treat diabetic foot ulcer. Scientific Reports, 11.

Diabetes Typ-2 betrifft 90 bis 95 % aller Diabetes-Fälle und ist ein Gesundheitsproblem geworden. Vor allem immunsupprimierte Patienten leiden häufig an nicht-heilenden Wunden. Zudem entwickeln ein Drittel aller Diabetes Typ-2 Betroffenen im Verlauf der Krankheit Fußgeschwüre (diabetic foot infections (DFIs)), die sich zu 50 % infizieren. Dies führt durch eine Erhöhung der Morbidität, Mortalität und dem Risiko für Amputationen der unteren Extremitäten zu einer starken Verringerung der Lebensqualität der Betroffenen.
Verantwortlich für die Entzündungen sind in 65 % der Fälle Biofilme. Besonders S. aureus und P. aeruginosa führen zu DFIs. Durch die Biofilmbildung gestaltet sich eine Behandlung mit Antibiotika als schwierig. Zudem kommt es auch vermehrt zu Infektionen mit multiresistenten Keimen. Eine Alternative können metallische chitosanhaltige Nanopartikel sein. Diese können Erreger durch das Binden an der Zellmembran bzw. auch durch die Bildung von radikalen Sauerstoffspezies eliminieren. Zudem können auch Farbstoffe wie Toluidinblau (TBO) als antibakterielle Photosensitizer genutzt werden.
Aus dem Grund wurden in der folgenden Studie Chitosan-beschichtete Goldnanopartikel mit Silbermantel gekoppelt an TBO (TBO-chit-Au-AgNPs) als Therapie zur Behandlung von diabetischen Fußgeschwüren untersucht. Neben den Erfolg der Kopplung, die Zytotoxizität und die antimikrobielle Wirkung auf mono-bzw. polymikrobielle S. aureus und P. aeruginosa Biofilme, wurde auch in vivo die Wirksamkeit von TBO-chit-Au-AgNPs gegen DFIs an diabetischen Ratten untersucht.

ERGEBNISSE

• Nachweis erfolgreiche Synthese von TBO-chit-Au-AgNPs mittels UV-Spektrometrie und Transmissionselektronenmikroskopie
• Keine Detektion von Verunreinigungen und Aggregationen der Partikel
• Starkes Zeta-Potential weist auf gute Stabilität und Biokompabilität hin
• Keine Beobachtung von zytotoxischen Effekten mit und ohne Laserbestrahlung vermutlich durch biologische und chemische Eigenschaften des Chitosans
• Reduzierung bakterielle Dichte bei Anwendung auf mono- und polymikrobielle Biofilme
• Monomikrobielle Biofilme bei Belichtung stärker vermindert als polymikrobielle Biofilme
• In vivo: Abheilen von DFI in Ratten innerhalb von 7 Tagen bei täglicher Behandlung
• Reduzierte Level von IL-6 und TNF-α im Vergleich zur unbehandelten Gruppe, Hinweis auf Restauration der Immunsuppression

Zusammenfassung: In der Studie wurde festgestellt, dass die Verwendung von TBO-chit-Au-AgNPs die Dichte von mono-und polymikrobiellen S. aureus und P. aeruginosa Biofilmen verringert. Besonders bei monomikrobiellen Biofilmen wurde dabei der Effekt durch die Anregung von TBO mittels Laser verstärkt. Zudem wurden keine zytotoxischen Eigenschaften in vitro festgestellt. In vivo führte die Anwendung von TBO-chit-Au-AgNPs zu einer Reduzierung von Entzündungsmarkern, sowie zu einer Abheilung von DFI innerhalb von 7 Tagen bei täglicher Behandlung. Insgesamt sind dadurch TBO-chit-Au-AgNPs ein vielversprechender antibakterieller Ansatz um diabetische Fußgeschwüre zu behandeln.