In Medikamente gekapselte Liposome für eine effiziente und verlängerte Verabreichung
In vielen Fällen verursacht die unspezifische Verabreichung von Wirkstoffen an normalem oder empfindlichem Gewebe zu erheblichen Nebenwirkungen. Dies kann überdies zur Folge haben, dass der Wirkungsbestandteil nicht im gesamten Körper bioverfügbar ist, sodass das betreffende Gewebe oder Organ ineffizient anvisiert wird. Idealerweise sollte ein Wirkstoffverabreichungssystem sicher sein, nicht immunogen sein und eine zielgerichtete Verabreichung des betreffenden Stoffs gewährleisten. Nanokapseln haben sich als geeigneter Wirkstoffträger hervorgetan, da sie für das Arzneimittel eine Kavität bilden, die von einer natürlichen oder synthetischen Membran umgeben ist. Die Entwicklung und Optimierung der Herstellung und Funktionalisierung von Nanokapseln ist ein Gebiet, auf dem intensiv geforscht wird. Innovative Technologie für die Nanokapselherstellung Liposome finden breite Verwendung als Vehikel für die Verabreichung von Peptiden, Proteinen und anderer Wirkstoffe zu pharmazeutischen und biochemischen Zwecken. Wie bei Phosholipiden ist ihr größter Nachteil, dass sie Immunreaktionen auslösen, die vor allem auf die Aktivierung des Komplementsystems zurückgehen. Um dies zu adressieren, entwickelten die Wissenschaftler des EU-finanzierten Projekts DECENT AID eine neue Nanokapselherstellungstechnologie, bei der Zentrifugations-, kolloidale und fluidmechanische Techniken zum Einsatz kommen. „Diese innovativen Nanokapseln sollten insbesondere für Proteine und andere empfindliche Biomoleküle geeignet sein, die bei bestehenden Kapselungsverfahren anfällig gegenüber einem Abbau sind“, erklärt Projektkoordinator Dr. Leneweit. Die Forscher verwendeten Proteine und pharmazeutische Wirkungsbestandteile in Nanoemulsionen mit Phosholipiden als Emulgatoren. Diese wurden daraufhin zentrifugiert, um über ein spezielles Verfahren, das ein optisches In-situ-System in sich vereint, asymmetrische Nanokapseln herzustellen. Die Charakterisierung hinsichtlich Größe, Polydispersität, Kapselungseffizienz für hydrophile Wirkstoffe und Asymmetrie der Nanokapselhülle führte zu einem unerwarteten Ereignis. Das Konsortium entdeckte, dass die Dichte und Organisierung der Phosholipide in einzelne Schichten oder mehrere Schichten von der Interaktion zwischen Wasser und dem verwendeten organischen Lösungsmittel abhing. Der neu entdeckte Interaktionsmodus spielt, wie in der Forschungszeitschrift „Langmuir“ veröffentlicht wurde, wahrscheinlich eine Rolle beim Fetttransport im Blutkreislauf und in den ersten Phasen einer Artherosklerose. In Anbetracht der Fähigkeit von Liposomen zur Komplement-Aktivierung testeten Forscher in vitro und in vivo die Immunogenität leerer Liposom-Nanokapseln. Außerdem wurde der Mechanismus der Immunreaktivität untersucht. Zur Minimierung von Immunangriffen über das Komplementsystem und zur Verlängerung der Zirkulation im Blut wurden die Nanokapseln mit Heparin überzogen, einer Polymerhülle, die ebenfalls natürlich im menschlichen Körper auftritt. Da die Hülle biologisch abbaubar und nicht immunogen ist, wird bei wiederholter Verabreichung von Nanokapseln eine beschleunigte Ausscheidung im Blut vermieden. Das neuartige Schutzsystem erwies sich im Puffer, im Plasma und im gesamten menschlichen Blut als stabil. Die Polymer-beschichteten Liposom-Nanokapseln wurden zudem im Hinblick auf die In-Vivo-Immunogenität gegenüber nicht beschichteten Nanokapseln getestet. Die Wirkstoffverteilung und -effizienz wurde an verschiedenen Mäusemodellen, einschließlich eines Mäusemodells für Krebserkrankungen, untersucht. Die Ergebnisse zeigten einen neuartigen Mechanismus für die Komplement-vermittelte Ausscheidung ungeschützter Nanokapseln. Dies untermauerte die Bedeutung natürlicher Polymere für die Verleihung von Immunresistenz. Vergrößerung im industriellen Maßstab Mit dem Ansatz von DECENT AID wurde eine Verkapselungseffizienz von bis zu 95 % und eine Doppelschichtasymmetrie von bis zu 82 % erreicht. „Unsere Ergebnisse stellen eine Entwicklung im industriellen Maßstab und die Erreichung von Technologien für die Verkapselung sensibler pharmazeutischer Wirkstoffe in Nanokapseln von unerreichter Qualität in Aussicht“, meint Dr. Leneweit. Das Konsortium plant die Etablierung von Verfahrensweisen für kontinuierlich betriebene Zentrifugalgeräte, um die industrielle Herstellung der Nanokapseln zu ermöglichen. In der Gesamtbetrachtung wurde durch die asymmetrischen Nanokapseln und das schützende System von DECENT AID erfolgreich eine Lücke im Bereich der Wirkstoffverabreichung adressiert. Die Eigenschaften der Nanokapseln eignen sich ideal für sensible pharmazeutische Wirkungsbestandteile, die beispielsweise in der Krebstherapie Verwendung finden.
Schlüsselbegriffe
Liposom, Wirkstoffverabreichung, Nanokapseln, DECENT AID, Komplement
