Wie wirkt Nanosilber auf Zellen?
Und kann man eine medizinische Anwendung bauen,
die zwischen Bakterien und Körperzellen unterscheiden kann?
Das zeige ich heute mit plüschiger Unterstützung im Nanoversum …
Das Thema Nanosilber ist überaus komplex. Es gibt hunderte wissenschaftliche Arbeiten, die jedes Jahr veröffentlicht werden und selbst für Forscher ist es schwierig den Überblick zu behalten. Einen Einstieg in das Thema findet ihr hier.
Heute möchte ich eine Anwendung vorstellen, die Nanosilber (also Nanocluster aus Silber) enthält und einen medizinischen Effekt und Nutzen hat. Es handelt sich dabei um ein Funktionsmaterial aus Silber und Titandioxid, dass ich bereits hier vorgestellt habe.
Das Wirkprinzip der Anwendung habe ich anhand von bestimmten menschlichen Gewebezellen (Fibroblasten) und in der Wissenschaft häufig verwendeten Bakterien (E. coli) erprobt. Es sind Zellen, die durch ihren unterschiedlichen Aufbau auch unterschiedlich auf Nanosilber reagieren.
Und um es etwas anschaulicher zu gestalten, stelle ich die Zellen mit diesen Plüschfreunden dar:
Auf der linken Seite eine Gewebezelle und rechts das gemeine E. coli Bakterium.
(Mittlerweile haben die Plüschtiere ihren Weg in Kinderhände gefunden, was dazu führte, dass nun Sätze fallen wie:
“Könntest Du bitte die Bakterien vom Küchentisch entfernen?!” oder “oh, das sieht aber nach einer großen Infektion aus!”
Nur die die Aluminiumkügelchen, die ich als Silber-Nanocluster benutzt habe, mussten nach den Arbeiten an dem Beitrag entfernt werden, da sie mir zu oft mit den Ruf “Nanoangriff!” um die Ohren flogen 😉 )
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Der Beitrag gliedert sich in folgende Teile:
- Funktionsweise Silber
- Was wirkt bei Silber?
- Warum wirken Silberionen antimikrobiell?
- Warum sollten Silberionen in Zellen eindringen wollen?
- Warum sind tierische bzw. menschliche Zellen unempfindlicher gegenüber Silberionen?
- Technischer Exkurs
- Ein Keramikschwamm als Silberspeicher
- Gesteuerte Silberfreigabe
- Parameter
- Smartes Nanosilber im Einsatz
- Bakterientötung durch stoffwechselgesteuerte Silberfreigabe
- Wo wäre das Einsatzgebiet?
Ich werde es im Folgenden vermeiden, mit Fachbegriffen um mich zu werfen.
Die genauen Abläufe mit all ihren Begriffen sind in meiner Veröffentlichung beschrieben,
die ich unten verlinkt habe.
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I. Funktionsweise Silber
Was wirkt bei Silber?
In Teil 7: “Antimikrobielles Nanosilber. Ein Einstieg” bin ich auf die Wirkung von Silber eingegangen und habe einige Anwendungen vorgestellt. Zusammengefasst kann man sagen, dass es genaugenommen die Silberionen (einzelne geladene Silberatome) sind, die antimikrobiell wirken.
Silberionen lösen sich von Silber ab, sobald es in eine Flüssigkeit gelegt wird. Es sind zwar nur winzigste Mengen, aber oberflächennah reichen diese, um Mikroben und insbesondere Bakterien abzutöten.
Warum wirken Silberionen antimikrobiell?
Silberionen sind einzelne Atome und können die Zellmembran durchdringen. Dadurch können sie innerhalb der Zelle Schaden anrichten. Werfen wir nun also einen Blick in unsere Bakterie:
Innerhalb der Zelle gibt es viele Funktionsbereiche und Bestandteile. Wichtig sind für uns in diesem Zusammenhang nur zwei, die von Silberionen durch ihre chemische Zusammensetzung bevorzugt angegriffen werden:
- die Ribosomen: sie sind für die Protein-Herstellung in der Zelle zuständig. Sie wird zum Kopieren der DNA benötigt und kommen in allen Lebewesen vor.
Hängen sich Silberionen an die Ribosome, werden diese inaktiv. - Bakterienchromosom: Das Erbgut der Bakterie, das frei in der Zelle schwimmt.
Hängen sich Silberionen an die DNA, erhält diese Fehlstellen und verklumpt.
In beiden Fällen, kann sich die Bakterie nicht mehr teilen und geht ein.
Warum sollten Silberionen in Zellen eindringen wollen?
Chemische Reaktionen und Gleichgewichte lassen sich über verschiedene Reize steuern.
Bei Silber ist vor allem der pH-Wert wichtig: Von einem Stück Silber, das in eine Flüssigkeit gelegt wird, lösen sich je nach pH-Wert immer einige Silberionen ab. Je saurer (niedriger pH-Wert) die Flüssigkeit ist, desto mehr Silberionen; und wenn es basischer wird (hoher pH-Wert) kann sich der Effekt auch wieder umkehren, sodass die Silberionen wieder zusammen klumpen.
Betrachten wir nun eine Zelle, so kann diese als ein kleines chemisches Kraftwerk bezeichnet werden. Sie nimmt Rohstoffe auf, verwertet sie und scheidet die Reste wieder aus. Diese Rückstände sind sauer, sodass in der Umgebung einer Zelle der pH-Wert abgesenkt wird.
Gelöste Silberionen “sehen” dieses lokale Gefälle und werden dort hingezogen. Die Ionen diffundieren in die Zelle (hier ist der Säuregehalt entsprechend noch höher) und suchen sich dort einen passenden Platz (meist freie Radikale oder Doppelbindungen) und binden sich chemisch an.
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