Umdenken bei der Medikamentenverabreichung: Durchbruch bei Mikronadelpflastern
Vielversprechendes Herstellungsverfahren für Mikronadel-Arrays entwickelt, mit denen Medikamente subkutan verabreicht werden können, ohne die Haut zu beschädigen
Das schmerzhafte Gefühl einer Injektion durch eine Injektionsnadel oder das unangenehme Gefühl, eine große Pille zu schlucken, ist ein weltweit bekanntes Gefühl. Aber was wäre, wenn eine revolutionäre und sanftere Art der Verabreichung von Medikamenten in Arbeit wäre? Seit über zwei Jahrzehnten untersuchen Forscher verschiedene Arten von Mikronadeln als minimalinvasive Methode zur transdermalen Verabreichung von Medikamenten. Arrays von Mikronadeln können so gestaltet werden, dass sie mit einem Medikament oder einer Chemikalie beladen werden, die sie dann im Laufe der Zeit an den Blutkreislauf abgeben, nachdem sie die Haut leicht durchstochen haben.
(Links) Schematische Darstellung der entwickelten Mikronadeln, die die interstitielle Flüssigkeit unter der Haut absorbieren und den vorgeladenen Wirkstoff freisetzen. (Rechts) Seitenansicht einer mit Rhodamin B (rosa Farbstoff) beladenen Mikronadel, die nach dem Durchstechen einer Schweinehautprobe diffundiert; die gelben Punktlinien zeigen an, wo die Nadeln die Haut durchstochen haben.
Kazuaki Matsumura from JAIST
Mikronadeln bieten im Vergleich zu anderen Arten der Verabreichung von Arzneimitteln mehrere Vorteile. Erstens sind sie schmerzfrei und verursachen praktisch keine Schäden an der Haut und keine Blutungen. Zweitens können sie selbst verabreicht werden. Drittens ist die Entsorgung von Mikronadeln im Gegensatz zu herkömmlichen Nadeln viel einfacher, da sie keinen Sondermüll hinterlassen. Leider gibt es noch einige Probleme, die gelöst werden müssen, bevor sich Mikronadeln als das nächste große Ding im Gesundheitswesen durchsetzen. Eine davon sind die Kosten für ihre Herstellung, die im Allgemeinen teure Formen, Materialien und Maschinen erfordert. Ein weiteres Problem ist die Aggregation und der Abbau von Proteinen, wenn die Mikronadeln mit einem proteinbasierten Medikament beladen sind, da diese Moleküle sehr empfindlich auf äußere Bedingungen wie Temperatur, Säuregehalt und Salzkonzentration reagieren.
In einer kürzlich in der Fachzeitschrift Biomacromolecules veröffentlichten Studie haben zwei Forscherteams aus Japan und Thailand zusammengearbeitet, um die wichtigsten Einschränkungen der bestehenden Mikronadeln zu beseitigen. Auf der einen Seite entwickelten und verwendeten Prof. Kazuaki Matsumura vom Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) und Doktorand Harit Pitakjakpipop vom JAIST-SIIT ein funktionelles Polymer, das die Proteinaggregation wirksam unterdrückt. Auf der anderen Seite perfektionierten Dr. Paisan Khanchaitit und sein Team von der National Science and Technology Development Agency (NANOTEC), Thailand, eine Methode zur Herstellung von Mikronadeln, die sich für den industriellen Maßstab eignet und auf Photolithographie basiert. Durch die Kombination dieser beiden Bemühungen gelang es den Teams, Mikronadelpflaster mit mehreren attraktiven Eigenschaften und potenzieller Skalierbarkeit für den klinischen Bereich herzustellen.
Die Mikronadeln selbst bestehen aus einem nicht abbaubaren, biokompatiblen Hydrogel, das auch zwitterionisches Poly-Sulfobetain (Poly-SPB) enthält. Wie in früheren Studien der gleichen Autoren berichtet, unterdrückt dieses Polymer die Proteinaggregation. Die Forscher bauten es daher in den Herstellungsprozess ein und zeigten, dass die in die Mikronadeln geladenen Proteine auch bei verschiedenen äußeren Belastungen stabil waren.
Außerdem entwickelten die Wissenschaftler eine einfache und kostengünstige Methode zur Herstellung von Mikronadel-Arrays aus den oben genannten Materialien. Sie griffen auf die Photolithographie zurück, ein Verfahren, bei dem eine Photomaske verwendet wird, um UV-Licht selektiv vom Erreichen einer Zieloberfläche abzuhalten und chemische Reaktionen lokal zu steuern, wie Dr. Khanchaitit erklärt: "UV-Licht, das durch die Fotomaske fällt, erzeugt während des Herstellungsprozesses freie Radikale im Polymerharz, was zu einer Fotopolymerisation und der anschließenden Bildung von 3D-Mikronadel-Strukturmustern auf einem klaren und flexiblen Substrat führt." Dieses Herstellungsverfahren erfordert nur eine kostengünstige Ausrüstung und dauert etwa fünf Minuten, erzeugt aber vierpunktige sternförmige Mikronadeln mit bemerkenswerter mechanischer Festigkeit.
Um die Leistungsfähigkeit dieser Mikronadel-Arrays für die Verabreichung von Arzneimitteln zu testen, füllten die Forscher sie mit 50 Mikrolitern Arzneimittellösungen, die neben Lysozym und Insulin als Beispielproteine auch Rhodamin B als Farbstoff enthielten. In verschiedenen Experimenten auf Schweinehaut konnten die Teams nachweisen, dass ihre Mikronadelpflaster sowohl eine hohe Beladungskapazität als auch eine hohe Freisetzungsrate des Medikaments bieten. Außerdem bestätigten sie, dass die Mikronadeln verschiedene wasserlösliche Arzneimittel und Proteine gleichzeitig aufnehmen und konservieren können, so dass keine Kühlung erforderlich ist.
Insgesamt scheinen die vorgeschlagenen Mikronadel-Arrays eine äußerst vielversprechende Plattform für die Verabreichung von therapeutischen Medikamenten und Impfstoffen zu sein, wie Prof. Matsumura abschließend feststellt: "Die überlegenen Eigenschaften unserer Mikronadeln könnten die Art und Weise der Verabreichung von Medikamenten verändern und die Entwicklung und Verabreichung fortschrittlicher proteinbasierter Medikamente zur Behandlung verschiedener Krankheiten ermöglichen." Wer weiß, welche weiteren revolutionären Innovationen in der Medizin in Zukunft auf uns warten?
Hinweis: Dieser Artikel wurde mit einem Computersystem ohne menschlichen Eingriff übersetzt. LUMITOS bietet diese automatischen Übersetzungen an, um eine größere Bandbreite an aktuellen Nachrichten zu präsentieren. Da dieser Artikel mit automatischer Übersetzung übersetzt wurde, ist es möglich, dass er Fehler im Vokabular, in der Syntax oder in der Grammatik enthält. Den ursprünglichen Artikel in Englisch finden Sie hier.
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