Neues Transportsystem bringt Arzneimittel zielgerichtet an ihren Wirkort Insulin als fliegender Wirkstoff - scinexx | Das Wissensmagazin
Anzeige
Anzeige

Neues Transportsystem bringt Arzneimittel zielgerichtet an ihren Wirkort

Insulin als fliegender Wirkstoff

Kalziumkarbonatschablone für Proteinpartikel, hier Insulin © MPI für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Wissenschaftler haben ein neues Transportsystem entwickelt, um Arzneimittel zielgerichtet an ihren Wirkort zu bringen. Die Methode wurde bereits erstmals am Protein Insulin durchgeführt. Über die Ergebnisse ihrer neuen Studie berichten die Forscher in der Fachzeitschrift „Angewandte Chemie“.

Proteine finden aufgrund ihrer hohen biologischen Aktivität und spezifischen Wirkung immer häufiger Anwendung als Arzneimittel. Sie verleihen der Zelle nicht nur Struktur, sondern sind die molekularen „Maschinen“, die Stoffe transportieren, Ionen pumpen, chemische Reaktionen katalysieren und Signalstoffe erkennen.

Nanotransporter im Einsatz

Will man Proteine an einen bestimmten Wirkort bringen und die Wirkdauer verlängern, hat sich der Einsatz von Nano- und Mikrotransportern bewährt. Dabei ist die Herstellung von Proteinpartikeln mit einheitlichen Eigenschaften hinsichtlich der Größe, Morphologie, Zusammensetzung und Dichte, die größte Herausforderung. Weisen die Proteine diese Eigenschaften auf, kann der Wirkstoff schnell resorbiert werden und gezielt dort zur Verfügung stehen, wo er gerade gebraucht wird.

Konventionelle Methoden zur Herstellung von Proteinpartikeln wie Kristallisation, Sprüh- und Gefriertrocknung sowie der Einbau in Polymermatrizen oder Liposomen, erschweren die Kontrolle der Morphologie und der Größe der Partikel. Verwendet man organische Lösungsmittel, setzt die Partikel hoher Hitze oder Gas-Wasser-Grenzflächen aus, ist die Proteinstabilität nur noch schwer zu kontrollieren. Zusatzstoffe können zudem unerwünschte Nebenwirkungen hervorrufen.

Ferner ist die einheitliche Partikelgröße ein bedeutender Parameter, um eine hohe systemische Bioverfügbarkeit und eine kontrollierte Freigabe des Wirkstoffs zu erreichen. Infolgedessen ist die Herstellung einheitlicher, zusatzstofffreier Proteinpartikel für die Verabreichung von Arzneimitteln entscheidend.

Anzeige

Insulin – ein hochkonzentrierter Wirkstoff

Die Lösung für solch ein Protein-Transportsystem fanden die Forscher in Mikropartikeln aus Kalziumkarbonat. Mithilfe eines wechselnden pH-Wertes wurde das Protein Insulin in die Kalziumkarbonatpartikel „eingeschleust“. Zunächst wird das Insulin ohne Zugabe von Zusatzstoffen oder organischen Lösungsmitteln in einer wässrigen Lösung aufgelöst und mit Kalziumkarbonat-Mikrokernen zusammengebracht, die als eine Art Schablone für die Proteinpartikel funktionieren.

Die so entstandenen Schablonen oder Templates sind nicht toxisch, gleichmäßig verteilt und sehr stabil. Dazu kommen die Vorteile der günstigen Herstellung und der einfachen Vorbereitung, so die Wissenschaftler. Zu Beginn des Prozesses liegt der pH-Wert der wässrigen Lösung des flüssigen Insulins und der noch stabilen Kalziumkarbonatkerne im neutralen bis alkalischen Bereich. Wird der pH-Wert der Lösung durch Salzsäure in den sauren pH-Bereich überführt, wird das Insulin unlöslich. Das Protein flockt in den Poren des Kalziumkarbonatkerns aus und reichert sich in den Poren weiter an. Ein unlösliches Proteinagglomerat in den Mikrokernen entsteht.

Kompakte Proteinkügelchen

Während die Lösung weiter neutralisiert wird, zerfällt nach Angaben der Forscher wiederum der Kalziumkarbonatkern und die entstandene Insulinmatrix schrumpft zu einem kompakten Proteinkügelchen. Da der Zerfall der Kalizumkarbonatkerne bei einem milden pH-Wert stattfindet, bei dem das Insulin seine chemischen Eigenschaften bewahrt, zerfällt die Proteinmatrix nicht.

Die auf diese Weise entstandenen Proteinmikrokugeln, sind von einheitlicher Größe, benötigen keine Additive und können leicht hergestellt werden. Die Proteine sind locker gepackt, so dass die Partikel wie bei einem Spray fliegen, leicht verteilt und im Körper gut aufgelöst werden können. Vorstellbar wäre, dass zukünftig ein Insulinspray die lästige und belastende Spritze bei Diabetes ersetzen könnte.

Methode nicht auf Insulin beschränkt

Diese vielversprechende Methode beschränkt sich den Wissenschaftlern zufolge aber nicht nur auf Insulin, sondern findet auch breitere Anwendbarkeit. Entscheidend ist, dass die Stabilität bzw. Auflösung des Templates und die Wirkstofflöslichkeit über einfach einstellbare Parameter wie den pH-Wert variiert werden können.

(Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, 29.10.2010 – DLO)

Anzeige

In den Schlagzeilen

Diaschauen zum Thema

Dossiers zum Thema

Lebenselixier Blut - „Ein ganz besondrer Saft“

Die Macht der Hormone - Alleskönner, Jungbrunnen und Liebestrank?

Molekulare Motoren - Protein-„Maschinen“ als Triebfeder des Lebens

Arzneimittelforschung - Mit Hightech auf der Suche nach Naturwirkstoffen

Neuland in drei Dimensionen - Ein Blick ins Innere der Zelle

Nanotechnologie - Baukastenspiele im Reich des Allerkleinsten

Zoom aufs Atom - Reise in den Mikrokosmos

News des Tages

Marswind

So klingt Wind auf dem Mars

Wie die Chemotherapie dem Gehirn schadet

Weltweit erstes "Einmal"-Programm

Bioplastik: Von wegen klimafreundlich

Spanien: Einige Flüsse sind salziger als das Meer

Bücher zum Thema

Wie Zellen funktionieren - Wirtschaft und Produktion in der molekularen Welt von David S. Goodsell

Nanotechnologie für Dummies - Spannende Entdeckungen aus dem Reich der Zwerge von Richard D. Booker und Earl Boysen

Medikamente bei Krebs - von Annette Bopp

Tabletten, Tropfen und Tinkturen - Medizin im Alltag von Cornelia Bartels, Heike Göllner und Jan Koolman

Faszination Nanotechnologie - von Uwe Hartmann

Was hab ich bloß? - Die besten Krankheiten der Welt von Werner Bartens

Mensch, Körper, Krankheit - von Renate Huch und Christian Bauer

Top-Clicks der Woche

Anzeige
Anzeige