Wirkstoffträger: Winzige Mikrokapseln entwickelt

29. August 2013
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Materialwissenschaftlern gelang es nun, eine neue Generation sogenannter Colloidosome, neuartige Mikrokapseln mit einem Durchmesser von 300 Nanometern, zu entwickeln. Damit eröffnen sich neue Wege im Kampf gegen Erkrankungen wie beispielsweise Krebs.

Die Mikrokapseln gleichen einem winzigen, mit Wasser gefüllten Ball, der lediglich aus einer Hülle von einzelnen Nanopartikeln besteht. Diese besondere Hülle ist es auch, die den Kapseln ihre neuartigen Eigenschaften verleihen. Durch kleine Löcher in der Hülle der Kapseln (Durchmesser 1-5 nm), die zwischen den Nanopartikeln der Hülle entstehen, können Moleküle wie z. B. Medikamente aus dem Inneren der Kapseln dosiert freigesetzt werden. Hieraus ergibt sich auch das Einsatzgebiet der Colloidosome, das vor allem in der Medizin liegt. Tobias Bollhorst, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachgebiet Keramische Werkstoffe und Bauteile (Advanced Ceramics) im Fachbereich Produktionstechnik der Universität Bremen, der sich im Rahmen seiner Promotion mit den potenziell vielseitig verwendbaren Kapseln beschäftigt, beschreibt ein mögliches Einsatzgebiet wie folgt: „Langfristiges Ziel ist es, ein Mittel zur Krebsbekämpfung in das Innere der Mikrokapseln einzulagern und die Medikamente dann im hohen Maße zur Tumorbekämpfung gezielt an bestimmten Stellen im menschlichen Körper freizusetzen. Die Effizienz von Krebstherapien könnte so enorm gesteigert werden.“ Bisherige Colloidosome waren jedoch zu groß, um effektiv im Körper eingesetzt werden zu können. Die Miniaturisierung der Kapseln ist somit ein entscheidender Durchbruch hin zur Anwendung als Wirkstoffträger.

Das Geheimnis der neuen Mikrokapseln: Lipide

Ein kürzlich in der Fachzeitschrift „Chemistry of Materials“ veröffentlichter Artikel beschreibt detailliert sowohl das Herstellungsverfahren als auch die Eigenschaften der Mikrokapseln. Das Geheimnis des Erfolges, das die neuartigen Kapseln von ähnlichen Studien abgrenzt, liegt in der Verwendung von sogenannten Lipiden, also Fettsäuren, die die Kapseln stabilisieren. Fettsäuren befinden sich u. a. in Butter und sind für den menschlichen Organismus hervorragend verträglich. Diese Fettsäuren lagern sich bei der Herstellung der Kapseln zwischen den einzelnen Nanopartikeln an und führen so zu einem starken Zusammenhalt der Colloidosome.

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Hochauflösende Elektronenmikroskop-Aufnahme einer Mikrokapsel. © “Uni Bremen / Advanced Ceramics”

Den Grundstein zur Herstellung der neuartigen Mikrokapseln legte der heute in Bremen tätige Gruppenleiter und Mitbetreuer der Promotion Michael Maas bereits vor zwei Jahren. Damals forschte Michael Maas in den Laboren von Co-Autor Gerald Fuller an der Stanford Universität an extrem dünnen Schichten aus den Nanopartikeln und den Fettsäuren, die jetzt in Bremen erfolgreich zur Herstellung der Kapseln eingesetzt werden. „Es ist großartig, Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung nutzen zu können, um die Entwicklung von innovativen Wirkstoffträgern voranzubringen. Theoretisch können die unterschiedlichsten Arten von Nanopartikeln für die Herstellung von Colloidosomen eingesetzt werden. Dadurch haben wir ein Baukastensystem, welches fast beliebig angepasst und erweitert werden kann.“

Originalpublikation:

Synthesis Route for the Self-Assembly of Submicrometer-Sized Colloidosomes with Tailorable Nanopores
Tobias Bollhorst et al.; Chemistry of Materials, DOI: 10.1021/cm401610a; 2013

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