Entwicklung biologisch abbaubarer antiviraler und antibakterieller Wirkstoffe

Das Bundesforschungsministerium für Forschung und Bildung (BMBF) fördert eine neue Forschungsgruppe der Freien Universität Berlin in den nächsten fünf Jahren mit 1,8 Millionen Euro – um abbaubare Wirkstoffe gegen Viren und Bakterien als Alternative für herkömmliche Antibiotika zu entwickeln.

Das geförderte Projekt mit dem Titel „PathoBlock“ wird vom Chemiker Dr. Ievgen Donskyi vom Institut für Chemie und Biochemie der Freien Universität Berlin geleitet. Mit der Forschungsgruppe will er unter anderem eine Alternative zu herkömmlichen Antibiotika entwickeln.

Der Schutz vor Krankheitserregern, insbesondere vor virusbedingten Erkrankungen, stellt ein weltweit drängendes Problem dar. „Mehrere Virus-Pandemien haben in den letzten Jahren zum Tod von Millionen von Menschen und Tieren geführt. Bakterielle Haut- und Weichteilinfektionen gehören global zu den zahlreichsten Infektionen“, sagt Donskyi. Der Chemiker will deshalb mit seinem Forschungsteam neue kostengünstige, effiziente und selbstabbaubare Nanomaterialien entwickeln, die später für antivirale Therapeutika zum Einatmen oder antibakterielle Hautlotionen genutzt werden könnten.

Die hergestellten multifunktionalen Wirkstoffe, sogenannte Breitspektrum-Wirkstoffe, seien gegen eine Vielzahl von Viren und Bakterien einsetzbar. Dadurch könnten die Wirkstoffe eine Alternative darstellen zu Antibiotika, die durch übermäßige Anwendung zur Bildung multiresistenter Keime beitragen, und zu Schwermetallkomplexen. Weil diese aber zu Umweltverschmutzung führen, seien neue umweltfreundliche und biologisch abbaubare Wirkstoffe dringend nötig, betont Donskyi.

„Konkret sollen Krankheitserreger zunächst durch elektrostatische Wechselwirkungen eingefangen und schließlich durch hydrophobe Wechselwirkungen zerstört werden, um die Replikation von Pathogenen zu blockieren“, erläutert der Chemiker das Verfahren. Viele Viren, zum Beispiel Herpesviren, verschiedene Coronaviren einschließlich SARS-CoV-2, Afrikanische Schweinepest und andere, interagieren ihm zufolge in einem ersten Bindungsschritt mit dem linearen Polysaccharid Heparansulfat, welches auf der Oberfläche menschlicher und tierischer Zellen vorhanden ist. Mittels synthetisch sulfatierter Derivate wird die Bindungsstelle von Viren blockiert und somit die für den ersten Bindungsschritt notwendige Wechselwirkung zwischen Virus und Polysacchariden verhindert.

„Vorrangiges Ziel des Projekts ist es, hochgradig reproduzierbare, skalierbare Wirkstoffe herzustellen. Daher wird der Einsatz fortschrittlicher Charakterisierungsmethoden wie der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) und der Flugzeit-Sekundärionen-Massenspektrometrie (ToF-SIMS) von großer Bedeutung sein“, erläutert Ievgen Donskyi weiter. Diese Methoden ermöglichen eine präzise Analyse von Oberflächen und sind im neuen Forschungsgebäude der Freien Universität „SupraFAB“ verfügbar, das 2022 eröffnet wurde.

„Der Bedarf universell einsetzbarer antipathogener Wirkstoffe wird in Zukunft weiter zunehmen, wie die Covid-19-Pandemie zeigt“, sagt Donskyi. Damit werde auch der Bedarf an neuen und nachhaltigen Synthesestrategien und funktioneller Materialien steigen. Die Forschenden erwarten zudem, dass innovative Materialien mit pathogenhemmenden Eigenschaften zudem ein neues Forschungsfeld im Bereich der Pathogenhemmung schaffen werden.

An dem Projekt beteiligt Beteiligt sind Forschende der Chemie, Biologie, des Ingenieurwesens und der Veterinärmedizin sowie von außeruniversitären Einrichtungen, etwa der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung. Kooperationspartner aus der Industrie sind die Dendropharm GmbH und die Beiersdorf AG. Finanzielle Förderung erhält das Projekt im Rahmen der Initiative „NanoMatFutur“ des BMBFs, die materialwissenschaftliche und werkstofftechnische Projekte junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler unterstützt.