Medizin: Nie wieder eine Medikamenten-Dosis vergessen dank fortschrittlicher Nanopartikel

Regelmäßig zu festgelegten Zeiten Medikamente einzunehmen stellt für viele Menschen eine Herausforderung dar. Das kann ein Problem sein, da viele Medikamente erst richtig wirken, wenn sie regelmäßig eingenommen werden. Bioingenieur:innen der Rice University haben möglicherweise eine Lösung gefunden: Sie nutzen fortschrittliche Nanotechnologie, um ein System zu erschaffen, dass zu festgelegten Zeiten Wirkstoffe freigibt.

Regelmäßige Medikamenteneinnahme ist wichtig

Viele Medikamente erfordern, dass Patient:innen sie regelmäßig einnehmen, um einen optimalen therapeutischen Effekt zu erreichen. Allerdings wird geschätzt, dass die Wirkstoffe bei etwa 50 Prozent aller medikamentösen Langzeittherapien nur unregelmäßig eingenommen werden.

Mit derartig unregelmäßigen Einnahmen sind Kosten verbunden – und zwar nicht nur finanzieller Art. Allein in den USA kostet unregelmäßige Medikamenteneinnahme pro Jahr etwa 100.000 Todesfälle und ist für ca. 25 Prozent der Krankenhausaufenthalte verantwortlich. Die Kosten für das US-Gesundheitssystem betragen zwischen 100 und 300 Milliarden US-Dollar pro Jahr.

Nanokapseln geben Medikamente frei

Forscher:innen der Rice University arbeiten daran, dass verpasste Medikamenten-Dosen bald der Vergangenheit angehören könnten. Dabei bauen sie mit ihrer Technologie auf bestehende Mikropartikel-Technologie auf, um ein System zu entwickeln, dass Medikamente zu bestimmten Zeiten freigeben kann.

Der Ansatz, Mikropartikel zu nutzen, um Medikamente aufzunehmen und wieder freizugeben, ist nicht neu. Das Team der Rice University konnte jedoch hochauflösende 3D-Druck-Technologie sowie Lithographie nutzen, um mehr als 300 nichtgiftige, biologisch abbaubare Zylinder zu produzieren, die klein genug sind, um unter Einsatz einer Standardspritze direkt in den Blutkreislauf injiziert zu werden. Die Forscher:innen haben ihre Technologie auf den Namen „Particles Uniformly Liquified and Sealed to Encapsulate Drugs“, kurz PULSED, getauft.

Gleichmäßige Freigabe der Wirkstoffe

Anschließend entwickelte das Team verschiedene Methoden, um die Mikrozylinder aus PLGA, einem biologisch kompatiblen Polymer, mit Medikamenten zu beladen. Indem sie die Zusammensetzung des PLGA veränderten, konnten die Forscher:innen beeinflussen, wie schnell oder langsam die Medikamente freigegeben wurden – zwischen 10 Tage und fünf Wochen. Wichtig war dem Team dabei, dass der jeweilige Wirkstoff im Gegensatz zu anderen vergleichbaren Methoden gleichmäßig freigegeben wird.

„The common pattern is for a lot of the drug to be released early, on day one. “And then on day 10, you might get 10 times less than you got on day one … Most of the time it’s really problematic, either because the day-one dose brings you close to toxicity or because getting 10 times less – or even four or five times less – at later time points isn’t enough to be effective„, so Kevin McHugh, einer der Koautoren der Studie. Mit PULSED könne dagegen eine gleichmäßige Freigabe der Wirkstoffe erreicht werden. „With this, you’d give them one shot, and they’d be all set for the next couple of months„, so McHugh weiter.

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Lokal orientierte Therapie

Die Forscher:innen betonten außerdem, dass die Zylinder Wirkstoff-Partikel mit Durchmessern zwischen 100 und 400 Mikron aufnehmen können. Diese verbleiben dann an der Injektionsstelle, sodass die Therapie auf bestimmte Körperregionen fokussiert werden kann.

„For toxic cancer chemotherapies, you’d love to have the poison concentrated in the tumor and not in the rest of the body. Our microparticles will stay where you put them. The idea is to make chemotherapy more effective and reduce its side effects by delivering a prolonged, concentrated dose of the drugs exactly where they’re needed„, erklärt McHugh.

Bei den bereits existierenden PLGA-Kapsel-Methoden hatte es sich als schwierig erwiesen, große Mengen an Partikeln erfolgreich einzuschließen. Die Forscher:innen fanden eine Lösung: Statt die Mikropartikel wie üblich mit geschmolzenem Polymer zu beschichten, nutzten sie eine Methode, bei der nur der obere Teil der Zylinder schmilzt während der untere intakt bleibt. Die neue Methode resultiert in einem konsistenten, robusten Einschluss der Wirkstoffe.

Ältere Studien kamen zu dem Ergebnis, das PLGA-Kapseln in der Lage sind, Wirkstoffe auch noch sechs Monate nach der Injektion abzugeben. Das Team hofft, mit PULSED ähnliche Ergebnisse erreichen zu können.

via Rice University