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Tyrosol-funktionalisierte Chitosan-Gold-Nanopartikel gegen fungale Biofilme

Pilze der Gattung Candida können vor allem als Biofilme für schwerwiegende Hautinfektionen verantwortlich sein. Um eine alternative Behandlungsmethode gegen fungale Biofilme zu finden, wurden in der vorgestellten Studie Chitosan-Gold-Nanopartikel mit dem Quorum Sensing Molekül Tyrosol gekoppelt.

IN-SITU-SYTHETISIERTE TYROSOL-FUNKTIONALISIERTE CHITOSAN-GOLDNANOPARTIKEL ALS VIELSEITIGE ANTIFOULING-BESCHICHTUNG AUF IMPLANTATOBERFLÄCHEN GEGEN CANDIDA SPP.

T. C. Yadav, P. Gupta, S. Saini, S. Mohiyuddin, V. Pruthi, and R. Prasad, Plausible Mechanistic Insights in Biofilm Eradication Potential against Candida spp. Using In Situ-Synthesized Tyrosol-Functionalized Chitosan Gold Nanoparticles as a Versatile Antifouling Coating on Implant Surfaces, ACS Omega 2022 7 (10), 8350-8363, DOI: 10.1021/acsomega.1c05822

Pilze der Gattung Candida lösen oberflächliche bis tiefergehende Hautinfektionen aus. Bei immunsupprimierten Patienten kommt es bei resistenten Stämmen zu Mortalitätsraten von bis zu 40 %. Die virulenten Eigenschaften von Candida sind dabei abhängig von einer Biofilmbildung. Diese kommt hauptsächlich auf Oberflächen von Fremdkörpern wie Implantaten vor. Dort kapseln sich die Zellen in einer selbst sekretierten extrazellulären Matrix (ECM) ein. Die ECM besteht aus Proteinen, verschiedenen Biomolekülen, hydrolytischen Enzymen (z.B. Lipasen, Proteasen, Phospholipasen) und Persistenzzellen, die eine geringere Teilungsrate haben und in der Lage sind Wirkstoffe aktiv auszupumpen. Zudem ist es schwierig diese mit Antibiotika zu bekämpfen. Im Biofilm kommunizieren Zellen über Quorum Sensing. Dabei ist Tyrosol für die Hyphenbildung in der Biofilmformation verantwortlich. Wird Tyrosol allerdings extern dazu gegeben, wirkt es antagonistisch und kann genutzt werden um Biofilme aufzulösen.
Um Tyrosol als Quorum Sensing Molekül extern in den Biofilm einzuschleusen sind Nanopartikel eine Möglichkeit. Nanopartikel verbessern die Zellaufnahme, besitzen ein hohes Oberflächen-zu-Volumen Ratio und können Wirkstoffe verzögert freisetzen. Als Nanopartikelmaterial sind Gold und Chitosan besonders interessant, weil beide Stoffe antibakteriell sind und eine geringe Zytotoxizität sowie Biokompabilität aufweisen.
Aus diesem Grund wurden in der hier vorgestellten Studie Gold, Chitosan und Tyrosol in situ zu Nanopartikeln (Chi-TY-AuNPs) synthetisiert und die antifungale und antibiofilm Eigenschaften an C. albicans und C. glabrata untersucht.  Zudem wurde die Wirkungsweise der Chi-TY-AuNPs auf die ROS-Bildung, Hydrophobizität der Zelloberfläche, ECM-Zusammensetzung und den Membran-Ergosterin-Gehalt genauer betrachtet.

ERGEBNISSE

  • Bestätigung der Chi-TY-AuNP Formation über FTIR
  • Über AFM wurde eine sphärische Form, sowie eine Größe von 10 – 15 nm beobachtet
  • Drug loading Kapazität von 46,08 % in 100 mg Chi-TY-AuNPs
  • Nachweis der antifungalen Eigenschaften durch MIC80-Werte der Chi-TY-AuNPs von 200 µg/ml (C. albicans) bzw. 400 µg/ml (C. glabrata) und MCF-Werte bei 800 µg/ml
  • Ab 400 µg/ml Chi-TY-AuNPs in C. albicans und C. glabrata: Abwesenheit Hyphennetzwerk und faltige Zellen (C. albicans), sowie Zellen mit Poren auf der Oberfläche (C. glabrata)
  • Chi-TY-AuNPs inhibierten die Hyphenbildung und reduzierten die Zahl der Keimschläuche bei C. albicans
  • Hydrophobizität spielte keine Rolle in den antibiofilm Eigenschaften von Chi-TY-AuNPs
  • Intensive rote Färbung der mit Chi-TY-AuNPs behandelten C. albicans und C. glabrata Biofilme nach Lebend-Tod-Färbung mit FDA-PI
  • Hohe PI-Fluoreszenz wies auf ROS-Akkumulation in Candida spp. Zellen durch Chi-TY-AuNPs hin
  • C. albicans zeigte keine Veränderung des Ergosteringehalts in Gegenwart von Chi-TY-AuNPs, während C. glabrata eine verringerte Ergosterin-Konzentration im Vergleich zur Kontrolle zeigte
  • Verbesserte Biokompabilität von Chi-TY-AuNPs im Vergleich zu Chi-AuNPs

Schlussfolgerungen: In der präsentierten Studie wurden erfolgreich Chi-TY-AuNPs synthetisiert und mittels verschiedener biophysikalischer Methoden charakterisiert. Zudem wurde das fungizide und Biofilm-bekämpfende Potential der Nanopartikel nachgewiesen. Chi-TY-AuNPs schienen einen Einfluss auf die ROS und ECM-Bildung als auch den Ergosterolgehalt beider Candida Stämme zu haben. Allerdings sind dort weitere Studien notwendig um den therapeutischen und mechanistischen Effekt von Chi-TY-AuNPs weiter zu untersuchen. Trotzdem zeigten die Ergebnisse der Studie das Potential von Chi-TY-AuNPs als alternative Behandlung gegen Candida-Biofilme z.B. auf Implantatoberflächen. Link zum Artikel: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.1c05822?ref=PDF

chitosan, Biofilm, Fungzid, candida

Kongresse und Messen

Treffen Sie uns 2023 auf folgenden Messen:

  • EASO Winterschool 2023, Wittenberg, Deutschland, 15.02.-18.02.2023
  • EUCHIS 2023, Siglufjörður, Island, 11.-14.09.2023
  • EPNOE 2023, Graz, Österreich, 18.09.-22.09.2023
  • Asia Pacific Chitin and Chitosan Symposium 2023, Juju, Süd-Korea, 31.10.-03.11.2023

Zur Vereinbarung von Terminen, bitte kontaktieren Sie Frau Richter über sales(at)medical-chitosan.com

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News

  • Rückblick auf drei Tage des wissenschaftlichen Austausches bei der EUCHIS in Siglufjörður

    HMC war vom 11. bis zum 14. September auf der EUCHIS 2023 in Siglufjörður im Norden Islands vertreten. Falls Sie uns dort nicht treffen konnten, lesen Sie hier unsere Highlights der Konferenz oder besuchen Sie uns noch bis zum 22. September auf der EPNOE in Graz.

  • Weltneuheit Chitosan Molekulargewichtsstandards!

    Auf der EUCHIS 2023 stellt HMC zum ersten Mal Chitosan-Standards vor. ,,Wir sind stolz darauf, endlich einen zuverlässigen Standard für die Molekulargewichtsanalyse anbieten zu können", sagt Katja Richter, Geschäftsführerin von Heppe Medical Chitosan. Das bedeutet, dass Forscher und Kunden Chitosane nicht mehr mit anderen Substanzen wie Pullulan oder PEG/PEO für die Molekulargewichtsanalyse vergleichen müssen. Jetzt können zuverlässige Chitosane verwendet werden. Keine Näherungswerte. Kein Nachdenken darüber, ob es die richtigen, zuverlässigen Ergebnisse sind. Verlässliche Chitosane für exzellente Forschung und hervorragende pharmazeutische Produkte. Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.

  • Aromatisches Derivat von Chitosan verbessert regenerative Eigenschaften

    Die antioxidativen, bakteriostatischen und antientzündlichen Eigenschaften von Chitosan sorgen dafür, dass es sehr gut für Anwendungen in der regenerativen Medizin wie Wundauflagen geeignet ist. In der präsentierten Studie wird ein über eine Schiffsche Base derivatisiertes Chitosan vorgestellt, welches diese Eigenschaften weiter verbessert.

  • Los geht’s mit der EUCHIS 2023!

    Nachdem unsere Chitosan-Krabbe die wunderschöne Landschaft Islands bereist hat, ist sie nun unterwegs Richtung Siglufjörður zur EUCHIS 2023. Wir freuen uns schon sehr darauf alle wiederzusehen und sind gespannt auf den wissenschaftlichen Austausch. Neben Chitosan und unserer Krabbe haben wir großartige Neuigkeiten im Gepäck. Seid gespannt!

  • Chitosan-Implantate zur Nervenregeneration

    Künstliche Nervenröhrchen werden bei Schäden an peripheren Nerven eingesetzt, weisen gegenüber autologen Zellen aber noch einige Nachteile wie fehlende neurotrope Faktoren auf. In der präsentierten Studie wird mit einem Nervenröhrchen aus Chitosan, Kollagen sowie Schwann-Zellen versucht, Schäden am Ischiasnerv von Mäusen zu reparieren und somit eine simplere Alternative zur aufwändigen autologen Nerventransplantation zu schaffen.

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