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Titelgeschichte
Calcium steuert die Freigabe
Ein Team um Professor Wolfgang Meier vom Swiss Nanoscience Institut an der Universität Basel untersucht im Rahmen des Argovia Projektes D2Gel zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Fachhochschule Nordwestschweiz sowie der Firma Biocure (Rebstein, Schweiz) Gele, in denen polymere Bläschen eingebettet sind. Diese Vesikel sollen als Behälter und Transporter für Medikamente dienen. Durch Änderung bestimmter Ionenkonzentrationen im umgebenden Medium wollen die Forscher die Freigabe von Medikamenten aus den Bläschen steuern. In jüngsten Untersuchungen konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass sich die polymeren Bläschen gleichmässig in einer Hydrogelmatrix verteilen und dass sich die Freigabe eines Stoffes erfolgreich durch veränderte Calciumionen-Konzentrationen steuern lässt. Weder die Vesikel selbst noch ihre Abbauprodukte zeigten in Toxizitätsuntersuchungen mit Säugetierzelllinien zellgiftige Reaktionen. Die Voraussetzungen für eine Nutzung als Medikamententräger sind also sehr gut.
Kontrollierte Freigabe erforderlich
Hydrogele haben zahlreiche positive mechanische und thermische Eigenschaften. Sie werden beispielsweise zur Herstellung von Kontaktlinsen genutzt und machen Einwegwindeln so saugfähig. Eine weitere Anwendung, die in zahlreichen Laboratorien weltweit untersucht wird, ist ihr Einsatz bei der kontrollierten Darreichung von Medikamenten. Wasserlösliche Wirksubstanzen lassen sich gut in den Hydrogelen verteilen, diffundieren allerdings auch sehr schnell wieder aus den Gelen heraus. Für eine gezielte medikamentöse Behandlung wäre dagegen eine kontrollierte Freigabe erforderlich. Daher untersucht das Team um Wolfgang Meier den Einsatz von polymeren Vesikeln, die in Hydrogele eingebettet als Behälter der Wirksubstanzen dienen und deren Austritt ins umgebende Medien einschränken.
Empfindlich gegenüber Calcium
Zu Beginn der Projektes suchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zunächst geeignete Blockcolymere, aus denen die Vesikel bestehen. Ihre Wahl fiel auf wasserlösliche Polyacrylsäure-Blöcke (PAA), da diese empfindlich gegenüber Calcium-Ionen reagieren. PAA wurde in unterschiedlichen Konzentrationen mit Polyethylenoxid-Blockcolymeren vermischt. Nach präziser Vorbereitung der Ausgangssubstanzen bilden sich aufgrund der verschiedenen Löslichkeiten durch Selbstorganisation die gewünschten Vesikel. In Abhängigkeit vom Gehalt an PAA variiert ihre Grösse zwischen 100 und 131 nm.
In den ersten Untersuchungen wurden die Vesikel zunächst jedoch nicht mit einem Medikament beladen. Sie enthielten in ihrem Inneren einen fluoreszierenden Farbstoff, dessen Verhalten und Verteilung im Gel sich recht einfach verfolgen lässt. Es wurde so klar, dass aus den Bläschen Farbstoff ins umgebende Medium diffundiert. Jedoch sind diese Mengen weitaus geringer als bei einem direkt im Hydrogel eingelagerten Stoff. Durch eine Veränderung der Calcium-Ionen-Konzentration im Medium lässt sich der Anteil an austretendem Farbstoff nun jedoch auch steuern. Mit zunehmendem Calcium-Gehalt erhöht sich die Freisetzung des Farbstoffes. Besonders vielversprechend sind die Ergebnisse, da sich die wirksamen Calcium-Konzentrationen im relevanten physiologischen Bereich bewegen.
Entscheidend für einen möglichen Einsatz dieser Bläschen in Hydrogelen ist auch ihre Biokompatibilität. Daher untersucht das interdisziplinäre Team des Swiss Nanoscience Instituts auch die Wirkung der Gele und Vesikel auf Säugetierzelllinien. Die Zahl der gesunden Zellen veränderte sich jedoch unter ihrem Einfluss nicht. In den aktuellen Tests gibt es somit keinen Hinweis auf eine zellgiftige Wirkung.
Exzellente Zusammenarbeit
Die Zusammenarbeit zwischen den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Universität Basel, der Fachhochschule Nordwestschweiz und der Firma Biocure ist bisher erfolgreich verlaufen. In Hydrogele eingebettete polymere Vesikel als Bote für Medikamente scheinen eine vielversprechende neue Darreichungsform zu sein, die weitaus geringere Wirksubstanzmengen erfordert und vor allem für den Patienten mit weniger Nebenwirkungen verbunden wäre. Noch ist es jedoch ein weiter Weg bis zum Patienten. Das Forscherteam wird zunächst in weiteren Studien den genauen Verlauf der Calcium gesteuerten Freisetzung untersuchen sowie die Effizienz dieser neuen Darreichungsform mit aktiven Substanzen wie Doxorubicin (Cytostatikum aus der Chemotherapie) untersuchen.
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