Vielversprechende Lösung für pädiatrische Ohrinfektionen und damit verbundene Antibiotikaresistenzen von Cornell-Forschern entwickelt

Forscher der Cornell University haben ein bahnbrechendes Einweg-System im Nanomaßstab entwickelt, das vielversprechende Ergebnisse bei der Reduzierung oder Beseitigung von Streptococcus pneumoniae, einem Bakterium, das für akute Ohrenentzündungen verantwortlich ist, zeigt. Der innovative Ansatz – inspiriert vom Wirkstoff in Haushaltsbleichmitteln sowie von einem chemischen Prozess, der in Riesentang vorkommt – bietet eine mögliche zukünftige Lösung für die Herausforderungen bei der Behandlung von Ohrenentzündungen im Kindesalter, ohne zur Antibiotikaresistenz beizutragen.

Die Forscher präsentierten ihre Ergebnisse auf dem American Chemical Society (ACS) Fall 2023 meeting und veröffentlichten über eine Pressemitteilung in Eurekalert eine Zusammenfassung.

Ohrenentzündungen im Kindesalter sind ein weit verbreitetes Problem, das über 95 % der Kinder in den United States betrifft, und stellen die häufigste Ursache für pädiatrische Arztbesuche dar. Während Antibiotika die bevorzugte Lösung waren, können unvollständig durchgeführte Antibiotikakuren zu Antibiotikaresistenz führen – einem wachsenden globalen Gesundheitsproblem. Die derzeitige Behandlung erfordert ein strenges Schema mit mehrfach dosierten Antibiotika über 5–10 Tage, und man geht davon aus, dass eine systemische Antibiotikaexposition oder ein vorzeitiger Abbruch der Behandlung bei jungen Patienten das Auftreten von Antibiotikaresistenz verschlimmert.

Um dieses Problem zu bekämpfen, wandte sich das Team der Cornell University der hypochlorigen Säure zu, einem Bestandteil von Bleichmitteln, gegen den Bakterien bislang keine nennenswerte Resistenz entwickelt haben.

„Wir kamen ursprünglich auf diese Idee, als wir uns den Haushaltsreiniger Bleichmittel ansahen. Obwohl er seit dem 19. Jahrhundert verwendet wird, scheinen Bakterien keine weitverbreitete Resistenz gegen diesen Reiniger entwickelt zu haben“, sagte Rong Yang, PhD, der leitende Forscher des Projekts, in der Pressemitteilung.

Dr. Yang betont, dass die Verwendung von Bleichmittel zur Behandlung von Infektionen aufgrund seiner hohen Konzentration und ätzenden Wirkung gefährlich und unwirksam ist. Bei kontrollierter Anwendung in niedrigen Konzentrationen kann der Wirkstoff in Bleichmittel jedoch ohne Schaden mit lebendem Gewebe interagieren. Diese Erkenntnis veranlasste das Team, die Möglichkeit zu untersuchen, eine mit Bleichmittel verwandte Verbindung zur Bekämpfung von Bakterien einzusetzen, die Ohrenentzündungen verursachen.

Die Forschenden wollten ein System zur bedarfsgesteuerten Produktion von hypobromiger Säure (HOBr) im Mittelohr entwickeln, wo Ohrenentzündungen auftreten. Inspiriert von einem Enzym in Riesentang, das Wasserstoffperoxid (H²O²) in hypobromige Säure (HOBr) umwandelt, entwickelte das Team Nanodrähte aus Vanadiumpentoxid (V²O⁵). Diese stabähnlichen Nanodrähte setzen hypobromige Säure in Gegenwart von H²O²-produzierenden Bakterien frei und minimieren zugleich die Diffusion in Körperflüssigkeiten.

Da diese Substanzen reaktiv sind und sich schnell zersetzen, wollten Yang und ihre Kolleginnen und Kollegen eine davon bei Bedarf hinter dem Trommelfell im Mittelohr erzeugen, wo Ohrinfektionen auftreten. Sie entwickelten eine praktische Methode, um die Behandlung topisch als Gel in den Gehörgang einzubringen. Durch die Einbindung von Peptiden, die dafür bekannt sind, den Partikeltransport durch das Trommelfell zu erleichtern, passierten die Nanodrähte im Gel das intakte Gewebe wirksam. Dieser weniger invasive Ansatz könnte den Weg für eine bequemere und benutzerfreundlichere Behandlungsoption ebnen, und sie untersuchen zudem andere Ansätze, um die Nanodrähte durch das Trommelfell zu transportieren.

Zusätzlich zu ihrem Erfolg mit Streptococcus pneumoniae untersuchen die Forschenden auch die Wirksamkeit des Systems gegen andere Bakterien, die Ohrinfektionen verursachen. Während die Dauer der Wirksamkeit der Nanodrähte noch untersucht werden muss, glauben die Forschenden, dass sie die Eigenschaften der Nanodrähte möglicherweise so verändern könnten, dass sie über längere Zeiträume an Ort und Stelle bleiben und dadurch wiederkehrende Infektionen potenziell verhindern.

„Wenn die Bakterien zurückkehren, könnte das System erneut starten, sodass Kinder nicht wiederholt Antibiotika benötigen und dabei mehr Resistenzen entwickeln würden“, sagt Yang.

Yang stellt sich eine Zukunft vor, in der das nanoskalige System reaktiviert werden könnte, wenn Bakterien zurückkehren, wodurch wiederholter Antibiotikaeinsatz überflüssig würde und das Risiko der Entwicklung von Antibiotikaresistenzen verringert würde. Durch die Nutzung der Leistungsfähigkeit der Nanotechnologie und innovativer Verabreichungsmethoden bietet diese bahnbrechende Forschung eine vielversprechende Lösung zur Behandlung kindlicher Ohrinfektionen, ohne zur Antibiotikaresistenz beizutragen.

Während die Tagung ACS Fall 2023 diese Forschung präsentiert, birgt sie das Potenzial, die Art und Weise, wie wir häufige Infektionen im Kindesalter angehen und behandeln, zu revolutionieren und den Weg für eine gesündere Zukunft ohne Antibiotikaresistenzen zu ebnen.

Die Forschenden danken dem National Institute on Deafness and Other Communication Disorders (NIDCD) für Unterstützung und Finanzierung.