Bei einer Blutvergiftung (Sepsis) laufen Reaktionen des Immunsystems auf eine Infektion aus dem Ruder und es kommt zu einer wahren Überflutung des Organismus mit reaktiven Sauerstoffspezies. In der Zeitschrift Angewandte Chemie berichten jetzt südkoreanische Wissenschaftler, dass zirkoniumdotierte Ceroxid-Nanopartikel gegen solche reaktive Sauerstoffspezies wirksam sind. Im Tiermodell beobachteten sie eine stark erhöhte Überlebensrate bei der Behandlung von Sepsen mit diesen Nanopartikeln.
Die Sepsis läuft als Teufelskreis von Entzündungsreaktionen des Immunsystems auf eine lokale Infektion hin ab. Folge können ein rapider Abfall des Blutdrucks und Organversagen sein. Weil Antibiotika wegen der zunehmenden Resistenzbildung nicht mehr immer zuverlässig schützen können, wird als alternative Behandlungsoption der Stopp der Entzündungsreaktionen interessant. Taeghwan Heyon von der Seoul National University in Südkorea und seine Kollegen haben hier Ceroxid-Nanopartikel im Blick, die als Antioxidantien reaktive Sauerstoffspezies wie das Superoxid-Anion, Hydroxylradikale und Wasserstoffperoxid unschädlich machen können – sie sind Schlüsselverbindungen bei Entzündungsreaktionen sind. Cer-Ionen nehmen die reaktiven Elektronen von der Sauerstoffspezies auf und wechseln leicht in eine andere Oxidationsstufe.
Damit diese Reaktion in der lebenden Zelle abläuft, müssen allerdings zwei Voraussetzungen gegeben sein. Zunächst müssen Größe und Beschaffenheit der Partikel stimmen. Sehr kleine, zwei Nanometer große Ceroxidpartikel wurden daher mit einer Hülle aus Polyethylenglycol-verknüpften Phospholipiden beschichtet, um in die Zelle eindringen und dort verbleiben zu können. Und zweitens muss das Cer-Ion mit der Oxidationsstufe III (Ce3+) auf der Nanopartikeloberfläche ständig zugänglich sein, was einen Regenerationsprozess mit einschließt. Hierfür entdeckten die Wissenschaftler, 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.
Die synthetisierten Nanopartikel wurden dann auf ihre Fähigkeit überprüft, typische reaktive Sauerstoffspezies zu neutralisieren, und zwar sowohl im Reagenzglas als auch im Tiermodell. Die Ergebnisse waren eindeutig: "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 reaktive Sauerstoffspezies ab, wie durch Fluoreszenzmikroskopie und andere Nachweistechniken gezeigt werden konnte. Derartig behandelte Mäuse und Ratten überlebten weit häufiger als die Kontrolltiere.
Diese Arbeiten zeigen, dass bei Sepsis auch andere Behandlungsmöglichkeiten außer der Abtötung der Infektionskeime mit Antibiotika zur Verfügung stehen. Ein vielversprechendes Ziel sind die Entzündungsprozesse selbst, die sich durch Nanopartikel mit geeigneten Redox-Systemen wie dem Wechsel zwischen den beiden Oxidationsstufen von Cer anhalten lassen.