Dr. Ievgen Donskyi: PathoBlock
Die effektive Bekämpfung von Krankheitserregern stellt eines der wichtigsten Ziele der modernen Gesundheitsversorgung dar. Die kürzlich aufgetretene Pandemie im Zusammenhang mit SARS-CoV-2 hat deutlich vor Augen geführt, wie wichtig die Entwicklung neuartiger, aktiver Materialien zur Bekämpfung von Pathogenen ist. Im Rahmen des Projekts „PathoBlock“ werden innovative Materialien erforscht, die als Breitspektrum-Inhibitoren zur Bekämpfung vielfältigster Krankheitserreger angewendet werden können.
Die Prävention von Infektionen bei Tieren und Menschen ist eines der wichtigsten Ziele der Forschung zur Verbesserung der Gesundheit und Lebensqualität.
Im Allgemeinen gibt es zwei Möglichkeiten, Pathogene wie Viren und Bakterien zu hemmen: durch passive und durch aktive Inhibitoren.
Passive Inhibitoren binden meist direkt an die Membran des Erregers. Auf diese Weise kommt es zu einer mechanistischen Hemmung, die sowohl reversibel als auch irreversibel sein kann. Wird die Umgebung genügend verdünnt, nehmen die Wechselwirkungen so stark ab, dass der Erreger schließlich vom Inhibitor getrennt wird und in seinen ursprünglichen Zustand zurückkehrt.
Bei aktiven Inhibitoren handelt es sich um Partikel, die direkte Wechselwirkungen und Interaktionen mit Pathogenen eingehen. Sie dringen in die Membran des Erregers ein und können so dessen Struktur verändern, was die Inaktivierung des Pathogens zur Folge hat. Durch diese Art von Wirkmechanismus bleibt der Erreger auch nach der Verdünnung permanent inaktiv, wodurch eine Infektion von Zellen und Organismen nicht mehr möglich ist.
Die gegenwärtig am häufigsten angewendete Substanzklasse bei der Bekämpfung bakterieller Infektionen sind Antibiotika. Durch ihren steten Einsatz kommt es fortschreitend zu einer unerwünschten Anreicherung in der Natur. Die Kontamination von Wasser und Erdreich führt dort zum Absterben erwünschter, natürlicher Mikroorganismen und begünstigt zusätzlich die Entwicklung von Antibiotika-resistenten Bakterienstämmen.
Von Geschenken und Schwertern: Wie schwarzer Phosphor Pathogene umhüllt und bekämpft
An diese Herausforderung setzt das neue NanoMatFutur-Projekt „PathoBlock“ von Herrn Dr. Ievgen Donskyi an. PathoBlock steht hierbei für „Biologisch abbaubare multifunktionale Nanosysteme zur Blockade von Pathogenen und zur Prävention von Infektionen“. Das Projekt hat das Ziel, neuartige Pathogeninhibitoren zu entwickeln. Im Rahmen seines Projekts möchte Dr. Donskyi innovative Materialien synthetisieren, die aktiv mit Krankheitserregern interagieren und sie zerstören. Die entwickelten multifunktionalen Wirkstoffe stellen eine vielversprechende Alternative zu derzeit angewendeten Antibiotika und Schwermetallkomplexen dar.
Sie basieren auf schwarzem Phosphor, welcher eine zweidimensionale Schichtstruktur aufweist und eine natürliche, hohe Abbaubarkeit unter biologischen Bedingungen mit sich bringt. Die Schichtstruktur des schwarzen Phosphors ermöglicht die vollständige Umhüllung von Pathogenen, vergleichbar mit dem Verpacken von Geschenken mit Geschenkpapier. Darüber hinaus werden die neuartigen Materialien durch Polymerstrukturen auf ihrer Oberfläche Krankheitserreger binden und diese mithilfe von langkettigen Kohlenwasserstoffen – wie mit einem Schwert – zerstören können.
Eine große Herausforderung in der Entwicklung geeigneter Materialien besteht darin, gut verträgliche Wirkstoffe mit gleichzeitig hoher Effizienz in der Bekämpfung von Viren und Bakterien zu entwickeln. Die Anwendung von schwarzen Phosphor-Derivaten zur Behandlung von Infektionen ist noch ein sehr junges Forschungsgebiet mit hohem Potential. Gemeinsam mit den beiden Industriepaten Dendropharm GmbH und Beiersdorf AG wird ein erfolgreicher Transfer der entwickelten Innovationen zu den Demonstratoren angestrebt.
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Ievgen Donskyi
Herr Dr. Ievgen Donskyi hat an der staatlichen Universität Sankt Petersburg ein Bachelor-Studium der Chemie und ein Master-Studium der Biologie absolviert und parallel dazu ein Fachdiplom in Betriebswirtschaftslehre erlangt. Danach zog er nach Deutschland, um dort einen weiteren Master-Abschluss in Polymerwissenschaften zu erlangen und promovierte im Jahr 2019 mit Auszeichnung. Seit 2020 arbeitete er als Gruppenleiter des Oberflächenanalyselabors im interdisziplinären Forschungsgebäude SupraFAB der Freien Universität Berlin. Seine Forschungsschwerpunkte sind funktionalisierte 2D-Materialien auf Basis von schwarzem Phosphor und Kohlenstoff, das Design von Nanoplattformen, die oberflächensensitive Charakterisierung von Nanomaterialien und biologisch abbaubare Pathogeninhibitoren. Seit Februar 2023 leitet er an der Freien Universität Berlin die NanoMatFutur-Nachwuchsgruppe „Bioabbaubare Nanomaterialien“.