Forskere har i mange år drømt om at kunne lave ny medicin med kroppens egne peptider mod infektioner med virus og bakterier. Nanogeler kan måske være nøglen, der gør det muligt.
Antibiotika virker dårligere og dårligere, og nye bakterier bliver resistente. Samtidig mangler vi effektive lægemidler mod virus – det blev tydeligt under COVID-19. Forskere leder derfor efter helt nye måder at bekæmpe infektioner på.
I begge henseender har forskere i lang tid kigget i retning af antimikrobielle peptider. Det er små stumper af protein, som kan slå bakterier og virus ihjel ved at ødelægge deres overflade eller forstyrre deres livsvigtige funktioner.
Fordi peptiderne findes naturligt i kroppen, er der mindre risiko for, at mikrober udvikler resistens. Samtidig er de mere skånsomme over for menneskeceller.
De antimikrobielle peptider har dog endnu ikke fået deres store gennembrud, blandt andet fordi stofferne hurtigt bliver ødelagt af kroppens egne enzymer og skyllet ud af systemet, før de når at virke.
Løsningen kan være at pakke peptiderne ind i bløde, usynlige gelékugler – nanogeler – som beskytter dem og får dem til at virke længere netop dér, hvor infektionen er.
»Før vi kan realisere potentialet i antimikrobielle peptider, skal vi finde en metode til at kunne kontrollere dem. For eksempel har de en meget kort levetid, og det gør, at effekten i kroppen er meget kort. Med dette studie viser vi, at der ligger et potentiale i at indkapsle peptiderne i en nanogel for at give dem længere levetid, uden at de samtidig mister deres antimikrobielle effekt,« forklarer en af forskerne bag studiet, professor Hanne Mørck Nielsen fra Institut for Farmaci ved Københavns Universitet.
Peptider gemmes i bløde nanokapsler
Lad os som eksempel forestille os, at vi gerne vil kunne kurere en lungebetændelse med antimikrobielle peptider.
Som tingene ser ud i dag, kan man forsøge at inhalere peptiderne, men det vil ikke gøre meget ved lungebetændelsen, netop på grund af peptidernes korte levetid.
For at komme omkring den problemstilling har Hanne Mørck Nielsen med sine kolleger udviklet en nanogel af hyaluronsyre til at indkapsle peptiderne i.
Hyaluronsyre er en naturligt forekommende polymer i kroppen og er som sådan ikke farlig for mennesker, samtidig med at den er bionedbrydelig og udskilles fra kroppen.
Forskerne udviklede polymeren til at kunne danne små kapsler, som kan rumme bioaktive molekyler, herunder peptider.
Tanken bag indkapslingen af peptiderne i polymeren af hyaluronsyre er, at det reducerer den hastighed, hvormed peptiderne bliver nedbrudt – så de kan have effekt i længere tid, for eksempel i lungerne.
» I laboratoriet har vi testet, hvordan peptiderne virker på celler. Når de er indkapslet i nanogeler, virker de lige så godt – og er samtidig mere skånsomme for menneskeceller, som vi gerne vil passe på,« forklarer Hanne Mørck Nielsen.
Hun uddyber, at tidligere studier også har indikeret, at kapslerne af nanogel bedre diffunderer ind i de slimlag, der blandt andet findes i luftvejene eller for den sags skyld i tarmen.
»Det er interessant, fordi bakterier ofte lever i slimlagene og danner såkaldte biofilm, hvor de er svære at nå. Det betyder, at nanogelerne måske kan trænge ind i de slimede lag, hvor bakterierne gemmer sig – og ramme dem dér, hvor antibiotika normalt har svært ved at nå,« siger Hanne Mørck Nielsen.
Nanogel forlænger effekten i lungerne
Forskerne testede for første gang nanogelerne i mus – et afgørende skridt for at finde ud af, hvordan stoffet opfører sig i en levende krop, og om det kan blive til reel medicin.
Forskerne gjorde i samarbejde med kolleger fra University of British Colombia det, at de udstyrede både de antimikrobielle peptider (peptidet LL37) og nanogelerne med hver deres radioaktive isotop, så de med en avanceret skanner (SPECT-CT) kunne følge præcist, hvor peptiderne og nanogelerne bevægede sig rundt i kroppen.
»Fordi vi skanner hele dyret, kan vi se, hvor meget af peptidet og nanogelerne der bliver i lungerne, og hvor meget der bliver udskilt fra for eksempel nyrerne. Det kan vi følge over tid,« forklarer Hanne Mørck Nielsen.
Undersøgelsen viste, at peptiderne langsomt bliver frigivet fra nanogelerne, og også at de forsvinder fra lungerne hurtigere, end nanogelerne gør.
Dog forbliver de antimikrobielle peptider i længere tid i lungerne, end de ellers ville.
Uden nanogelerne forsvandt 85 pct. af peptiderne ud af lungerne inden for 48 timer. Med nanogelerne blev peptiderne i lungerne i op til 36 procent længere tid – nok til, at de kan nå at virke, før kroppen fjerner dem.
Medicinen bliver i kroppen længere tid
Hanne Mørck Nielsen formoder, at årsagen skal findes i, at peptiderne med hjælp fra nanogelerne bliver tilbageholdt i lungernes slimlag i længere tid.
Derudover identificerede forskerne også, at koncentrationen af peptidet i nyrerne faldt, hvilket er godt, fordi det minimerer risikoen for en toksisk effekt der.
»Man kan sige, at vi ser en signifikant effekt af at indkapsle antimikrobielle peptider i vores nanogel. Det får dem til at forblive i lungerne i længere tid, uden at det øger den toksiske effekt. Ydermere kan vi konkludere, at det er muligt at mærke både peptider og vores polymer med en radioaktiv isotop, så vi kan følge dem over tid. Resultaterne viser, at nanogeler kan være nøglen til at få antimikrobielle peptider til at virke i praksis. Det åbner for nye behandlinger mod både bakterier og virus,« siger Hanne Mørck Nielsen.
Hun forestiller sig blandt andet, at man kan udvikle medicinske løsninger, hvor man med en inhalator inhalerer nanogeler med antimikrobielle peptider i, og at de så sætter sig i slimlaget og har effekt på bakterierne der.
