Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„Small meets smaller“ – Nanopartikel beeinflussen Schimmelpilzinfektion der Atemwege

05.07.2018

Unter Federführung der Universitätsmedizin Mainz haben Wissenschaftler herausgefunden, dass natürliche oder synthetisch hergestellte ultrafeine Partikel sich spontan an die Oberfläche von Pilzsporen binden. Durch diese Nanopartikelhülle erkennen die Abwehrzellen des Immunsystems die Pilzsporen schlechter, wodurch sie in geringerer Anzahl abgetötet werden. Letztendlich kann dies das Risiko erhöhen, eine Infektionskrankheit zu erleiden und zu einem schwereren Krankheitsverlauf führen. Die Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences USA" veröffentlicht.

Sie sind winzig klein, überall in der Luft und jeder von uns atmet sie täglich ein: Schimmelpilzsporen. Bei Menschen, deren Immunsystem stark geschwächt ist, können Pilzsporen gefährliche Infektionen verursachen. Hierauf haben auch Nanopartikel einen Einfluss – dies haben Wissenschaftler unter Federführung der Universitätsmedizin Mainz herausgefunden.


Elektronenmikroskopische Aufnahme von mit Nanopartikeln (grün) bedeckte Aspergillus fumigatus Pilzsporen.

Bildquelle: AG Stauber

Die Forscher stellten fest, dass natürliche oder synthetisch hergestellte ultrafeine Partikel sich spontan an die Oberfläche von Pilzsporen binden. Durch diese Nanopartikelhülle erkennen die Abwehrzellen des Immunsystems die Pilzsporen weniger effizient, wodurch sie in geringerer Anzahl abgetötet werden.

Letztendlich kann dies das Risiko erhöhen, eine Infektionskrankheit zu erleiden und zu einem schwereren Krankheitsverlauf führen. Bisher waren diese Abläufe der Fachwelt nicht bekannt. Die neuen Erkenntnisse zur Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Pilzsporen sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences USA" veröffentlicht.

Was ist winzig klein, überall in der Luft und jeder von uns atmet sie täglich ein? Sporen des Gießkannenschimmels Aspergillus fumigatus. Gesunden Menschen bereiten sie in der Regel keine Probleme, denn die körpereigene Immunabwehr tötet die Eindringlinge, bevor sie sich im Körper festsetzen können.

Bei Menschen, deren Immunsystem stark geschwächt ist – etwa Leukämie-, AIDS-Patienten oder Knochenmarkempfängern – nistet sich der Pilz jedoch ohne große Gegenwehr oftmals in der Lunge ein und verursacht dort die gefährliche Infektionskrankheit invasive Aspergillose. Diese ist eine der häufigsten Todesursachen bei immungeschwächten Patienten.

Ebenfalls negative gesundheitliche Auswirkungen, wie beispielsweise eine chronische Lungenerkrankung, kann die Inhalation von feinen und ultrafeinen, in hoher Konzentration vorliegenden Partikeln haben. Zu den ultrafeinen Partikeln gehören sowohl in der Umwelt vorkommende Nanopartikel aus natürlichen Quellen, wie etwa Verbrennungsprozessen, als auch Partikel aus dem Feinstaub von Verkehrsabgasen und Bauarbeiten sowie synthetisch hergestellte Teilchen wie beispielsweise Titandioxidteilchen als UV-Schutz oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen.

Zur Wechselwirkung von Nanopartikeln mit Pilzsporen haben Wissenschaftler unter Federführung der Universitätsmedizin Mainz nun neue Erkenntnisse gewonnen. Bereits bekannt war, dass ein gesundes Immunsystem im Grunde sehr gut aufgestellt ist, um Pilzsporen zu bekämpfen. Bei Sporen, die eine Nanopartikelhülle besitzen, scheint dies allerdings nicht der Fall zu sein – so das Ergebnis der neuen Studie.

Wie die Forscher beobachteten, scheinen die Abwehrzellen bei diesem "Wolf im Schafspelz" nicht mehr in der Lage zu sein, die bekannten Oberflächenstrukturen der Pilzsporen effektiv zu erkennen. Vermehrte Entzündungsreaktionen sind eine mögliche Folge. Zudem wehrt die körpereigene „Immunpolizei“ die umhüllten Pilzsporen nicht ausreichend ab und somit kann der Schimmelpilz sich in der Lunge ausbreiten.

„Letztendlich können wahrscheinlich jegliche Arten von Nanomaterialien an Pilzsporen binden. Entscheidend sind dabei weder Material noch Form, sondern deren Größe. Werden die Teilchen zu groß, findet keine Interaktion mehr statt – somit ein echter Nanoeffekt“, erklärt Prof. Dr. Roland Stauber von der Hals-, Nasen- Ohren-Klinik und Poliklinik der Universitätsmedizin Mainz. „Unsere aktuelle Studie belegt zudem, dass dies nicht nur im Labor stattfindet: Auch Pilzsporen aus der Umwelt, wie sie auf viel befahrenen Straßen oder bei Abrissarbeiten vorkommen, können bereits eine Partikelhülle besitzen.“

"Schimmelpilzsporen sind bekanntermaßen auch für eine Vielzahl von Atemwegsallergien verantwortlich. Ob und durch welche Mechanismen die Wechselwirkung mit Nanopartikeln und möglicherweise Umweltschadstoffen die Krankheitssymptome noch verstärken, ist noch völlig unbekannt und Gegenstand unserer aktuellen Forschung", erläutert der Allergologe PD Dr. Sven Becker von der Hals-, Nasen- Ohren-Klinik und Poliklinik der Universitätsmedizin Mainz.

“Die von uns angestoßene Forschungsrichtung ,Small meets smaller‘ ist hochaktuell. Auf welche Weise beispielsweise in der Nahrung vorkommende Nanoteilchen möglicherweise die Mikroben des menschlichen Verdauungstrakts, das sogenannte Mikrobiom, beeinflussen, wollen wir in weiterführenden Studien untersuchen", so Jun.-Prof. Dr. Christoph Reinhardt vom Centrum für Thrombose und Hämostase (CTH) der Universitätsmedizin Mainz.

„Ein fundiertes Wissen rund um Nano-Bio-Wechselwirkungen erlaubt nicht nur eine sachliche Risikoeinschätzung, sondern ist auch eine wichtige Voraussetzung, um effektiver und sicherer nanomedizinische Ansätze weiter entwickeln zu können. In Anbetracht der weltweit zunehmenden Resistenzentwicklung bergen unsere Erkenntnisse das Potential, der Entwicklung neuer, nanomaterial-basierter Antibiotika gegen Infektionskrankheiten zu dienen", blickt Professor Stauber in die Zukunft.

Informationen zu Originalveröffentlichungen:
Nanoparticle decoration impacts airborne fungal pathobiology;
Dana Westmeier, Djamschid Solouk-Saran, Cecilia Vallet, Svenja Siemer, Dominic Docter, Hermann Götz, Linda Männ, Anja Hasenberg, Angelina Hahlbrock, Kathrin Erler, Christoph Reinhardt, Oliver Schilling, Sven Becker, Matthias Gunzer, Mike Hasenberg, Shirley K. Knauer, and Roland H. Stauber; PNAS June 20, 2018. 201804542; published ahead of print June 20, 2018. https://doi.org/10.1073/pnas.1804542115

Westmeier, D., Hahlbrock, A., Reinhardt, C., Frohlich-Nowoisky, J., Wessler, S., Vallet, C., Poschl, U., Knauer, S. K. & Stauber, R. H. Nanomaterial-microbe cross-talk: physicochemical principles and (patho)biological consequences. Chem Soc Rev, doi:10.1039/c6cs00691d (2018).

Westmeier, D., Posselt, G., Hahlbrock, A., Bartfeld, S., Vallet, C., Abfalter, C., Docter, D., Knauer, S. K., Wessler, S. & Stauber, R. H. Nanoparticle binding attenuates the pathobiology of gastric cancer-associated Helicobacter pylori. Nanoscale 10, 1453-1463, doi:10.1039/c7nr06573f (2018).

Weitere Informationen:
Bildunterschrift: Elektronenmikroskopische Aufnahme von mit Nanopartikeln (grün) bedeckte Aspergillus fumigatus Pilzsporen.
Bildquelle: AG Stauber

Kontakt:
Prof. Dr. Roland H. Stauber, Hals-, Nasen-, Ohren-Klinik und Poliklinik – Plastische Operationen, Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz,
Telefon: 06131 17-7002 / 6030, Fax: 06131 17-6671;
E-Mail: roland.stauber@unimedizin-mainz.de

Pressekontakt
Barbara Reinke, Stabsstelle Unternehmenskommunikation Universitätsmedizin Mainz,
Telefon 06131 17-7428, Fax 06131 17-3496, E-Mail: pr@unimedizin-mainz.de

Über die Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Die Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz ist die einzige medizinische Einrichtung der Supramaximalversorgung in Rheinland-Pfalz und ein international anerkannter Wissenschaftsstandort. Sie umfasst mehr als 60 Kliniken, Institute und Abteilungen, die fächerübergreifend zusammenarbeiten. Hochspezialisierte Patientenversorgung, Forschung und Lehre bilden in der Universitätsmedizin Mainz eine untrennbare Einheit. Rund 3.400 Studierende der Medizin und Zahnmedizin werden in Mainz ausgebildet. Mit rund 7.800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern ist die Universitätsmedizin zudem einer der größten Arbeitgeber der Region und ein wichtiger Wachstums- und Innovationsmotor.

Weitere Informationen im Internet unter www.unimedizin-mainz.de

Barbara Reinke M.A. | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Mit dem Nano-U-Boot gezielt gegen Kopfschmerzen und Tumore
19.07.2018 | Universitätsmedizin der Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz
18.07.2018 | Universitätsklinikum Würzburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Stadtklima verbessern, Energiemix optimieren, sauberes Trinkwasser bereitstellen

19.07.2018 | Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Europaweit erste Patientin mit neuem Hybridgerät zur Strahlentherapie behandelt

19.07.2018 | Medizintechnik

Waldrand oder mittendrin: Das Erbgut von Mausmakis unterscheidet sich je nach Lebensraum

19.07.2018 | Biowissenschaften Chemie

Automatisiertes Befüllen von Regalen im Einzelhandel

19.07.2018 | Verkehr Logistik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics