Verstopfte Poren für erhöhte Wirksamkeit

Molke-Protein stabilisiert Nanotransporter und steuert pH-abhängige Wirkstoff-Freisetzung

28.01.2013 - Deutschland

Wie können Pharmaka sicher durch das saure Milieu des Magens in den Darm geschleust werden? Ein kanadisch-australisches Team hat dazu einen neuartigen „Nanotransporter“ entwickelt, der aus porösen Partikeln aus Siliziumdioxid besteht, die mit einem Molke-Protein stabilisiert wurden. Im sauren Milieu bildet das Protein ein Gel, das die Poren verschließt. Bei höheren pH-Werten öffnen sich diese wieder.

Nicht nur der Wirkstoff, auch die Darreichungsform ist bei Pharmaka wichtig, denn sie entscheidet, wann und wo im Körper die Arznei ihre Wirkung entfaltet. Retard-Formulierungen sollen beispielsweise einen Wirkstoffpegel über einen längeren Zeitraum aufrecht erhalten, Tumormittel sollen möglichst selektiv in den erkrankten Zellen aktiv werden, um Nebenwirkungen gering zu halten. Dafür muss der Wirkstoff richtig „verpackt“ sein. Eine „Verpackung“ ist oft bereits bei oraler Gabe nötig, da viele Wirkstoffe durch die Magensäure zerstört werden, bevor sie den Darm erreichen, wo ihre Aufnahme in die Blutbahn erfolgen sollte. Ein Säureschutz tut not, der unter den Bedingungen des Darms jedoch den Wirkstoff freigeben muss.

Eine vielversprechende Wirkstoff-„Verpackung“ sind mesoporöse Siliziumdioxid-Nanopartikel. Sie sind biokompatibel, leicht mit der benötigten Poren- und Partikelgröße herzustellen und die Chemie ihrer inneren und äußeren Oberfläche kann breit variiert werden. Die Beladung mit Wirkstoff-Molekülen verschiedenster Größe funktioniert genauso problemlos wie deren kontrollierte Freisetzung. Allerdings neigen die Teilchen dazu, im physiologischen Milieu zu aggregieren, was deren Eigenschaften völlig verändern kann. Außerdem müssen Methoden entwickelt werden, die eine selektive Freisetzung am gewünschten Ziel auslösen. Der Wechsel des pH-Werts bei der Magen-Darm-Passage kann ein solcher Auslöser sein.

Das Team um Shi Zhang Qiao von der University of Queensland und Freddy Kleitz von der Université Laval hat Siliziumdioxid-Nanotransporter nun weiterentwickelt. Erfolgsgeheimnis ist β-Lactoglobulin, ein als Nahrungsergänzungsmittel verwendetes Molke-Protein, das die Forscher an die äußere Oberfläche der porösen Nanopartikel anknüpfen. Dies stabilisiert die Nanopartikel gegenüber Aggregation und erhöht deren Biokompatibilität. Bei pH-Werten unterhalb von 5, wie im Magen, geliert β-Lactoglobulin, es quillt auf und bildet eine „Gelhülle“ um die Nanopartikel, die die Poren verstopft und verhindert, dass Wirkstoff austritt. Bei höheren pH-Werten, wie im Darm, liegt das Protein dagegen in Form diskreter Moleküle vor, die Poren werden frei, Wirkstoff kann austreten.

Nicht nur Magen und Darm, auch andere Organe unterscheiden sich in ihrem pH-Wert – und es finden sich sogar pH-Unterschiede zwischen bestimmten Tumoren und dem umgebenden gesundem Gewebe. Weiterentwicklungen des beschriebenen Ansatzes ließen sich vielleicht nutzen, um Nanotransporter zu konstruieren, die auf solche feineren pH-Unterschiede reagieren können.