Verbesserung der Schmerztherapie durch Nanotechnologie
Für Millionen Menschen, die von Nervenerkrankungen betroffen sind, kann der daher rührende Schmerz verheerend sein. Die Möglichkeiten, diesen Schmerz zu behandeln, sind leider auf kurzfristige Linderung begrenzt. Zwar können einige der heute erhältlichen, dauerhaften Behandlungen, die durch die Freisetzung eines Wirkstoffs über einen Träger, wie z. B. Liposomen, funktionieren, zu einer Schmerzlinderung von bis zu einer Woche führen, dies geschieht jedoch durch eine angehäufte oder konstante Freisetzung von Anästhetika, die nicht an Veränderungen der körperlichen Aktivität oder die wechselnde Schmerzintensität angepasst werden kann. „Diese konventionellen Systeme setzen den Wirkstoff so lange frei, bis er aufgebraucht ist“, erklärt Manuel Arruebo, Forscher an der spanischen Universität Saragossa. „Es gibt aber viele Erkrankungen, bei denen es wichtig ist, dass die passende Menge eines Wirkstoffs zu einem bestimmten Zeitpunkt freigesetzt wird, darunter Diabetes, Hormonstörungen und Ischiasschmerzen, um nur einige zu nennen.“ Dank der Unterstützung des EU-finanzierten Projekts NANOHEDONISM (A Photo-triggered On-demand Drug Delivery System for Chronic Pain) entwickeln Arruebo und sein Forschungsteam jetzt wechselseitige Systeme, durch die ein Wirkstoff zu dem Zeitpunkt wenn und an der Stelle, wo er benötigt wird, freigesetzt werden kann.
Schmerzlinderung auf Abruf
Ziel des Projekts war es, injizierbare und biologisch abbaubare, wirkstoffbeladene Nanopartikel zu entwickeln, die einen Wirkstoff nach Bedarf freisetzen können. Zu diesem Zweck schuf das Forschungsteam Wirkstoffabgabesysteme, die durch sichtbares oder im Nahinfrarotbereich liegendes Licht ausgelöst und extern aktiviert werden. Die Systeme werden durch extern angewendetes Laserlicht im Infrarotbereich aktiviert, wodurch der Wirkstoff auf Abruf und nach Bedarf freigesetzt werden kann. „Wir hatten die Idee, Kapseln zu entwickeln, die nach Bedarf kleine Mengen Anästhetikum freisetzen und wiederholt an- und ausgeschaltet werden können, ohne dass mehr Wirkstoff injiziert werden muss“, erläutert Arruebo. Die injizierbaren Nanopartikel, die für die NANOHEDONISM-Lösung verwendet werden, bestehen aus biokompatiblen Materialien. Die Synthese findet mithilfe von Mikrofluidreaktoren statt. Der gesamte Prozess wird von numerischer Strömungsmechanik unterstützt, die eingesetzt wird, um die in den einzelnen Nanopartikeln enthaltene Wirkstoffmenge herzustellen und zu kontrollieren, die Nanopartikel in großem Umfang zu produzieren und Heterogenitäten zu vermeiden, die zu einer nicht wiederholbaren Wirkstofffreisetzung führen würden. „In diesem Projekt entwickelten wir Vehikel, die Wirkstoffe transportieren und diese lokal an der Injektionsstelle und während der Zeit, die zur Anpassung der Dosis an die spezifischen Bedürfnisse benötigt wird, freisetzen“, so Arruebo weiter. „Mithilfe dieser Technologie erhalten Patienten und Ärzte die Möglichkeit zu entscheiden, wann der Wirkstoff auf eine minimalinvasive Art verabreicht werden soll. Außerdem bietet sie das Potenzial, therapeutische, schmerzstillende Dosen nur für die benötigte Dauer zu verabreichen.“ Die Biokompatibilität und die Wirksamkeit der entwickelten, durch Licht ausgelösten NANOHEDONISM-Nanokapseln wurden sowohl in vitro als auch in vivo validiert.
Weltweit bedeutende Ergebnisse
NANOHEDONISM und weitere von der Gruppe durchgeführte biomedizinische Forschungsprojekte führten zu sage und schreibe 67 wissenschaftlichen Publikationen, einem Patent und der Konsolidierung eines Expertenteams, das weiterhin zusammenarbeitet. „Das Projekt NANOHEDONISM führte deutlich vor Augen, dass es möglich ist, injizierbare und biologisch abbaubare, wirkstoffbeladene Nanopartikel künstlich herzustellen, die in der Lage sind, Anästhetika freizusetzen, nachdem sie mit äußerlich angewendetem Laserlicht im Infrarotbereich behandelt worden sind, und so auf Abruf in vivo einen Wirkstofffreisetzungsstrom zu erzeugen“, sagt Arruebo. Die Forschung des Teams hat weltweit Aufmerksamkeit auf sich gezogen. 2017 war Arruebo beispielsweise einer der 100 000 meist zitierten Wissenschaftler der Welt. Jetzt führt das Forschungsteam mit einem führenden Chemiekonzern Gespräche über die gemeinsame Durchführung von Forschungsprojekten.
Schlüsselbegriffe
NANOHEDONISM, Schmerztherapie, Nanotechnologie, Nanopartikel, Anästhetika, Nervenerkrankungen