Der Oktopus stand Pate: Forschende haben ein System entwickelt, durch das sich Medikamente über die Mundschleimhaut verabreichen lassen, die bisher injiziert werden mussten. Ein kleiner Saugnapf dehnt dabei schonend das Gewebe und macht es in Kombination mit einer natürlichen Lockerungs-Substanz durchlässig für schwergängige Wirkstoffe. Das Konzept ist leicht einsetzbar, gut verträglich und effektiv, zeigen die bisherigen Tests an Tier und Mensch. In Zusammenarbeit mit Industrie-Partnern will das Team die praktischen Medikamenten-Saugnäpfe nun so schnell wie möglich auf den Markt bringen.
Tabletten kann man einfach mit etwas Wasser herunterspülen und anschließend werden die Wirkstoffe dann über das Verdauungssystem aufgenommen. Doch diese bequeme Darreichungsform funktioniert leider bei vielen modernen Wirkstoffen nicht: Immer mehr Medikamente werden entwickelt, die aus relativ großen Molekülen wie Peptiden bestehen, die im Verdauungstrakt nicht ins Blut übergehen oder abgebaut werden. Deshalb müssen sie über die unangenehme und umständliche Form der Injektion verabreicht werden. Es wurden zwar auch schon Pflastersysteme mit winzigen Nadeln zur Verabreichung entwickelt oder spezielle Nasensprays. Doch Wirksamkeit, Verträglichkeit und Praktikabilität dieser Konzepte lassen bisher zu wünschen übrig. Bei diesen Aspekten kann nun offenbar das Konzept punkten, das ein Team der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH) entwickelt hat.
Wie Erst-Autor Zhi Luo berichtet, stand am Anfang der Entwicklung des Saugnapf-Konzepts ein Abendessen, bei dem sich ein halbes Pfefferkorn in seiner Mundhöhle an die Schleimhaut heftete. So kam ihm die Idee, dass es möglich sein könnte, ein Objekt auf den Innenseiten der Wangen zu befestigen, das dann Wirkstoffe über die Schleimhaut in das Blutkreislaufsystem übertragen kann. Inspiration suchten er und seine Kollegen sich schließlich beim Oktopus. Denn die Saugnäpfe dieser Meerestiere können sich sehr effektiv auch an glitschige und flexible Oberflächen heften. Außerdem kommt es dabei zu einem Unterdruck, der zu einer erhöhten Durchlässigkeit des angesaugten Gewebes führen kann. Doch von der Idee bis zum ersten Prototyp galt es noch einige Probleme zu lösen.
Angesaugt und schonend erweicht
Die größte Herausforderung bestand demnach darin, die passende Form für den Saugnapf zu finden: „Wir mussten ermitteln, welche Geometrie und wie viel Unterdruck notwendig ist, damit der Saugnapf an der Wangenschleimhaut hält und diese stark genug dehnt, ohne sie zu schädigen”, sagt Co-Autor David Klein Cerrejon. Die Forschenden erstellten dazu verschiedene Versionen im 3D-Druckverfahren aus Elastomer-Materialien und testeten sie an Wangenschleimhäuten von Schweinen. Als optimal stellte sich dabei schließlich ein etwa ein Zentimeter breiter und sechs Millimeter hoher Saugnapf aus dem gesundheitlich unproblematischen Weichmaterial heraus. Er kann von einem Patienten bequem mit zwei Fingern an die Wangenschleimhaut gedrückt werden. Durch den entstehenden Unterdruck dehnt sich die Schleimhaut dabei und wird so durchlässiger für einen Wirkstoff, der sich im kuppelförmigen Hohlraum des Saugnapfes befindet.
Doch wie sich zeigte, reicht das noch nicht ganz aus, um Substanzen effektiv in die Blutgefäße zu übertragen. Doch wie Versuche zeigten, lässt sich dies recht unproblematisch durch die Zugabe eines Stoffes verbessern, der die Zellmembranen auflockert. „Es stellte sich heraus, dass sich natürliche und körpereigene Stoffe hervorragend für diese Aufgabe eignen“, sagt Klein Cerrejon. Konkret zeigte sich, dass die Substanz Natriumtaurocholat auf schonende Weise dazu beitragen kann, dass der Wirkstoff aus der Kuppel des Saugnapfes in die tieferen Gewebeschichten der gedehnten Schleimhaut eindringt. Die Wissenschaftler heben hervor, dass das System für die Verabreichung vieler unterschiedlicher Arzneimittel zum Einsatz kommen kann.
Auf dem Weg zur Marktreife
Inwieweit das Konzept auch hält, was es verspricht, testete das Team bereits an Hunden, deren Wangenschleimhaut der von Menschen gleicht. Dabei zeigte sich eine problemlose Verträglichkeit und eine effektive Übertragung der eingesetzten Testsubstanz innerhalb nur weniger Minuten. „Wir sahen anhand von Blutproben, dass der Saugnapf das Arzneimittel effektiv in die Blutbahn der Hunde befördert“, sagt Klein Cerrejon. Ohne Füllung testeten die Forschenden den Saugnapf auch bereits an 40 freiwilligen Testpersonen. Wie sich zeigte, konnten sie den Saugnapf problemlos befestigen und er blieb auch gut an den Wangeninnenseiten haften, bis sie ihn nach 30 Minuten wieder entfernten. Die meisten Probanden gaben dabei an, dass sie die neue Verabreichungsform einer Injektion deutlich vorziehen würden, berichten die Entwickler.
Nach weiteren klinischen Tests wollen sie das Konzept deshalb nun auch so schnell wie möglich zur Marktreife bringen. Beauftragt ist damit die Pharmazeutin Nevena Paunović von der ETH: „Wir haben schon einen Prototyp und eine Technologie, die bereits patentiert ist. Als Nächstes gilt es, den Saugnapf so produzieren, dass er den gängigen pharmazeutischen Vorschriften gerecht wird“. Abschließend betont sie erneut das Potenzial: „Es handelt sich um eine völlig neue Methode zur Verabreichung von Medikamenten, die Millionen von Menschen die schmerzhafte oder unangenehme Erfahrung einer Injektion ersparen könnte“, so Paunović.
Quelle: Eidgenössischen Technische Hochschule Zürich, Fachartikel: Science Translational Medicine, doi: 10.1126/scitranslmed.abq1887
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