Die Verwendung von Polyhexaniden und Konzepten der Nanomedizin zur effektiven Behandlung kutaner Leishmaniose

Despite huge suffering caused by cutaneous leishmaniasis (CL), there is no effective and affordable treatment strategy against CL and no licensed vaccines. The current treatments show limited efficacy and high toxicity. Improved therapies through discovery of novel drugs and/or an alternative treatment approaches are/is urgently needed. We aimed at identifying a novel antileishmanial agent and developing an innovative nanoparticle (NP) based platform for safe and effective treatments against CL. We discovered that polyhexanide (PHMB), a widely used antimicrobial polymer and wound antisepsis, shows an inherent antileishmanial activity at submicromolar concentrations. PHMB appears to kill L. major parasites via a dual mechanism involving disruption of membrane integrity and selective chromosome condensation. However, host chromosomes binding appear to be limited by exclusion from mammalian cell nuclei. Moreover, we attempted to establish effective drug delivery systems that overcome the various shortcomings in the present treatment of CL. In this scenario, we initially studied the cellular interactions of NPs and their uptake mechanisms into mammalian cells before applying them in drug delivery system. We obtained clear evidence for the involvement of multiple endocytic routes to internalize NPs. Physicochemical properties of NPs, cell type, temperature and pathogenesis of the target diseases were shown to be determinant factors. Thereafter, a mechanism based host- and pathogen-directed combination therapy comprising PHMB and CpG ODN immunomodulator was established for overall synergistic effect against CL. It simultaneously targets the pathogen and the host immunity with effective delivery system. The results show that PHMB binds to CpG ODN and form stable nanopolyplexes for efficient cell entry and therapy. The nanopolyplexes displayed enhanced cellular uptake and antileishmanial potency while drastically reducing the toxicity against mammalian cells. In conclusion, our findings clearly indicate that PHMB can be used as effective candidate drug against CL and as non-viral delivery of immunomodulatorynucleic acids. Moreover, our proof-of concept study showed nanomedicine approaches are effective strategy to challenge CL and other human diseases.Obgleich enorme Leiden mit der kutanen Leishmaniose einhergehen stehen bis dato keine wirkungsvollen und erschwinglichen Therapien oder zugelassene Impfstoffe zur Verfügung. Die derzeitigen Behandlungsmethoden sind kaum effektiv und zeichnen sich vor allem durch ihre enormen Nebenwirkungen aus. Aus diesem Grund ist die Erforschung neuartiger Wirkstoffe und Therapieansätze gegen kutane Leishmaniose zwingend notwendig. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entdeckung eines neuen antileishmanialen Wirkstoffes und die Etablierung eines innovativen und auf Nanopartikeln basierenden Verfahrens zur sicheren und effizienten Behandlung der kutanen Leishmaniose. Das Polyhexanid, welches bereits Verwendung als antimikrobielles Polymer und als Wundantiseptikum findet, weist bereits in submikromolaren Konzentrationen eine immanente antileishmaniale Wirkung auf. Den Beobachtungen zu Folge beeinflusst das Polyhexanid die Integrität der parasitären Zellmembran und führt zur selektiven Chromosomenkondensation des Parasiten Leishmania major. Eine potentielle Chromosomenmodifikation in der Säugetierzelle wird durch den Ausschluss des Polyhexanides aus dem Zellkern verhindert. Um die zahlreichen Mängel der aktuellen Behandlungsmethoden gegen kutane Leishmaniose zu überwinden, wurde zudem ein effizientes System der Wirkstoffabgabe etabliert. Diesbezüglich wurden zunächst die zellulären Wechselwirkungen der Nanopartikel und deren Aufnahme in die Säugtierzelle untersucht ehe diese als Vehikel für den Wirkstoff verwendet wurden. Es konnte gezeigt werden, dass die Nanopartikel über mehrere endozytische Wege internalisiert werden. Physikochemische Eigenschaften der Nanopartikel, der Zelltyp, die Temperatur und erregerspezifische Pathogenese gehören zu den beeinflussenden Faktoren. Daraufhin wurde eine Kombinationstherapie bestehend aus Polyhexaniden und dem unmethylierten Immunmodulator Zystein-Phosphat-Guanin Oligodeoxynukleotid mit synergistischen antileishmanialen Auswirkungen, etabliert. Dies gestattet eine gegen den Erreger zielgerichtete Behandlung und die zeitgleiche Stimulierung der Wirtsimmunität. Die Bildung eines stabilen Nanopolyplexes bestehend aus dem Polyhexanid und dem oben genannten Immunmodulator befähigen die effiziente Aufnahme in die Zelle und somit die Behandlung. Der Nanopolyplex ermöglicht eine verbesserte Aufnahme in die Zelle und antileishmaniale Wirksamkeit wohingegen die Toxizität gegenüber Säugetierzellen drastisch reduziert ist. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Polyhexanide als effizienter Wirkstoffkandidat gegen kutane Leishmaniose und als nicht-viraler Träger von immunmodulatorischen Nukleinsäuren zu betrachten sind. Zugleich wurde gezeigt, dass die Nanomedizin einen wertvollen Beitrag zur Bekämpfung der kutanen Leishmaniose und sicherlich auch anderer Krankheitserregern leisten kann