Nanoskalige Drug Delivery Systeme zur Eradikation bakterieller Biofilme bei infektiöser Endokarditis (Forschungsgruppe GUARDIAN)

Die infektiöse Endokarditis (IE - Infektion des Endokards, der Herzklappen und der herznahen großen Arterien) ist eine meist durch grampositive Bakterien verursachte, lebensbedrohliche Erkrankung, die häufig nicht durch konservative Antibiotikatherapien unter Kontrolle zu bringen ist. Die Gründe hierfür sind vielfältig. Einerseits variiert das Erregerspektrum patientenspezifisch, andererseits führen bakterielle Anpassungsstrategien wie Biofilmbildung und Resistenzentwicklung zu einer hohen Toleranz der Bakterien gegenüber einer Antibiotikatherapie. Mit dem Auftreten polymikrobieller Infektionen geht die klinische Forderung nach Anpassung der Therapieoptionen einher. Infolgedessen erscheint eine Individualisierung der Antibiotika-Therapie bis hin zum Einsatz von patientenindividuellen Antibiotika-Kombinationstherapien sinnvoll. Im Zusammenspiel mit einer Nanopartikel (NP)-basierten lokalen Antibiotikagabe resultiert eine völlig neue Qualität von Behandlungsmöglichkeiten bei der Eradikation von assoziierten Biofilmen.

Die Forschungsgruppe (FGR) „GUARDIAN“ wird zunächst ein neuartiges nanopartikuläres Drug Delivery System (DDS) auf Basis von Tetraetherlipiden (TELs) entwickeln und erproben. Die TELs werden dabei so modifiziert, dass eine möglichst geringe Interaktion mit dem systemischen Milieu besteht, immunologische Reaktionen verhindert werden und die in den TEL-NPs verpackten Antibiotika effizient in grampositive Biofilme gebracht und gezielt in die Bakterien abgegeben werden können. Parallel dazu wird ein Biofilm-Modell etabliert, das das klinisch relevante Erregerspektrum der IE umfasst. Zur Charakterisierung der Biofilme werden innovative optische und spektroskopische Analysemethoden wie die multimodale Lasermikroskopie und Impedanzspektroskopie zur Anwendung kommen. Letztlich wird die pharmakologische Wirksamkeit der hergestellten antibiotikabeladenen NPs an IE-spezifischen Biofilmen untersucht. Das Ziel ist die Verbesserung der Patient*innenversorgung durch eine gezielte und effiziente Therapie auf Basis von neuartigen wirkstoffbeladenen und gegen grampositive Bakterien gerichteten TEL-NPs. Die Ergebnisse dieser Forschungsgruppe sollen als Grundlage für weitere Anwendungen von nanopartikulären DDS zur Biofilmeradikation im medizinischen Bereich dienen.

Das zugrundeliegende Vorhaben trägt zur Umsetzung der Thüringer Innovationsstrategie (RIS Thüringen) bei und wird vom Freistaat Thüringen unter der Vorhabennummer 2024 FGR 0045 gefördert und durch Mittel des Europäischen Sozialfonds Plus (ESF+) kofinanziert.

Die Arbeiten innerhalb der FGR GUARDIAN werden in Kooperation mit dem Institut für Infektionsmedizin und Krankenhaushygiene (IIMK) des Universitätsklinikums Jena (UKJ, Vorhabennummer 2024 FGR 0046) durchgeführt.