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Hybrid Drug Delivery Systems upon Mesoporous Materials, Self Assembled Therapeutics and Virosomes

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Bessere Wirkung neuer medizinischer Wirkstoffe durch innovative Verabreichung

Die Nachfrage nach wirksamerer und idealerweise nichtinvasiver Arzneimittelverabreichung wächst, insbesondere im biopharmazeutischen Sektor, der mit dem biotechnologischem Fortschritt enorm expandiert. Das EU-finanzierte Projekt HYMADE entwickelte daher neue Möglichkeiten der technischen Entwicklung von kolloidalen Partikeln als Träger medizinischer Wirkstoffe.

Gesundheit

In der Tumorbehandlung ist die spezifische, zielgerichtete Arzneimittelabgabe bekanntlich besonders schwierig, aber auch bei anderen Erkrankungen kommt es darauf an, medizinische Substanzen zielgenau, in präziser Menge und zeitlich begrenzt in das Zielorgan zu transportieren. Obwohl immer mehr Arzneimittel entwickelt werden, wird ihr therapeutisches Potenzial nicht vollständig ausgeschöpft, wenn sie nicht zur richtigen Zeit an den richtigen Ort gelangen. HYMADE wollte daher mit Unterstützung der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen heterogene und sehr unterschiedliche (anorganische, organische und biologische) Materialien kombinieren und daraus Träger für Wirkstoffe mit maßgeschneiderten Eigenschaften erzeugen. Das letztendliche Ziel, Kapseln und synthetische kolloidale Partikel für die Wirkstoffabgabe zu entwickeln, hat HYMADE nun erreicht, wie Forschungsleiter Dr. Sergio Moya stolz berichtet. „Vor allem arbeiteten wir mit mesoporösen Kolloiden, d. h. hochporösen Materialien, deren Poren im Nanometerbereich liegen und mit Wirkstoffen gefüllt werden können“, erklärt er. Schwerpunkt war das Schicht-für-Schicht-Prinzip „Layer-by-Layer“, ein einfaches Verfahren zur Synthese und Selbstorganisation von Kolloiden. Auf diese Weise können auch größere Therapeutika wie Antikörper und siRNA sowie virusähnliche Partikel (Virosomen) verkapselt werden. Virosomen basieren auf dem Prinzip Erkennung und emulieren den Viruseintritt, sodass Partikel oder Kapseln von den Zellen leichter aufgenommen werden können. „Jedes Element, das für die Konstruktion der Hybridmaterialien verwendet wird, hat spezifische Vorteile und Eigenschaften: in mesoporösen Kolloiden lassen sich kleinere Moleküle, mit der Schicht-für-Schicht-Technik wiederum größere Moleküle verkapseln.“ Der Weg zu diesem Erfolg war allerdings weit. So wurde zunächst in physikalisch-chemischen Studien die Wechselwirkung der einzelnen Hybridkomponenten analysiert und versucht, die Eigenschaften der Hybridmaterialien zu optimieren. Experimentell wurde zudem analysiert, wie die verkapselten Wirkstoffe der Hybridmaterialien freigesetzt werden, was für die jeweilige Anwendung von grundlegender Bedeutung ist. Dr. Moya erklärt: „Wie sich die Hybridmaterialien in vitro und in vivo verhalten, untersuchten wir mit einer ganzen Reihe von Verfahren, was zwar schwierig, aber auch sehr interessant war. Die Transformation der Hybridmaterialien in den biologischen Matrizen wie auch ihre Anreicherung, Abbau und die Freisetzung der verkapselten Wirkstoffe wollten wir in den Zellen und in vivo beobachten.“ Hierfür kamen Techniken wie konfokale Laserrastermikroskopie, Durchflusszytometrie, konfokale Raman-Mikroskopie für Zellanalysen sowie Positronenemissions- und Einzelphotonen-Emissionscomputertomographie für In-vivo-Analysen zum Einsatz. „Bei den letztgenannten Techniken werden Hybridmaterialien mit Radioisotopen markiert. Indem wir die Aktivität in Tiermodellen bestimmten, gelang es uns, die Menge an Hybridmaterialien pro Organ und deren zeitliche Veränderung nach der intravenösen Verabreichung zu bestimmen“, erklärt Dr. Moya. Realisiert wurden die umfangreichen Forschungen des Projekts, indem Forscherteams europaweit und weltweit ihre Arbeit vernetzten. „Ich selbst bin Argentinier, und das Projekt sah einen regen Forschungsaustausch mit Argentinien vor, was für die wissenschaftliche Karriere der Leute, die von dort nach Europa kamen, sehr förderlich war. Und darauf bin ich stolz“, fügt er hinzu.

Schlüsselbegriffe

HYMADE, Hybridmaterialien, Arzneimittelverabreichung, Wirkstoffabgabe, mesoporöse Kolloide, Biopharmazeutika, Antikörper, siRNA, Virosome

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