Zetapotential wechselnde Nanocarrier-Systeme

Anwendungen der Nanotechnologie im Bereich der Wirkstoffverabreichung haben einen zunehmend großen Einfluss auf unsere Gesundheit. Die Möglichkeit durch Nanoträgersysteme wie Nanopartikel, Mizellen, selbstemulgierende Nanoemulsionen (SNEDDS) oder Liposomen eine verbesserte Bioverfügbarkeit, eine zielgerichteteWirkstofffreisetzung, oder eine verlängerte Eliminationshalbwertszeit zu gewährleisten, hat das Potential die Behandlung vieler Erkrankungen zu revolutionieren. Da Nanoträgersysteme verschiedene Barrieren überwinden müssen um ihre Ziel zu erreichen und den Wirkstoff dort freizusetzten, haben diese jedoch bei Weitem noch nicht ihr volles Potential erreicht. Ein Grund dafür ist die positive Ladung vieler Nanoträgersysteme, die einerseits notwendig ist um eine Anhaftung an verschiedenen Membranen, die Wirkstoffresorption oder eine Aufnahme der Trägersysteme in die Zelle zu gewährleisten. Positiv geladene Nanoträgersysteme, die über Schleimhäute wie die gastrointestinale, nasale, vaginale oder okulare Schleimhaut verabreicht werden, bleiben jedoch andererseits bereits an der Oberfläche der negativ geladenen Mukusschicht hängen ohne die darunter gelegene Resoptionsmembran zu erreichen oder sie erreichen diese unter Verlust ihrer positiven Ladung durch einen anionisch geladenen Überzug aus Mukus. Die Entwicklung von Nanoträgersystemen, die am Weg zu ihrem Zielgewebe im Körper eine neutrale oder negative Ladung aufweisen und diese dann vor Ort ins positive wechseln, könnte daher der Schlüssel zu viel effizienteren Wirkstoffabgabesystemen sein. In diesem Projekt werden Nanoträgersysteme entwickelt, die ihre Ladung an der Zielmembran der Schleimhaut von negative zu positiv wechseln können. Die Ergebnisse dieses Projektes sollen die Türe zu einer neuen Generation von Nanoträgersystemen öffnen, die eine vergleichsweise viel effizientere Verabreichung von Wirkstoffen an Schleimhäuten ermöglicht.

Nanopartikuläre Wirkstoffträgersysteme, die ihre Oberflächenladung (=Zetapotential) ändern können, zeigen großes Potential für die Verabreichung von Wirkstoffen sowie für Diagnostika. Durch bestimmte Stimuli wie eine pH-Wert Änderung, ein Wechsel im Redox-Potential, bestimmte Enzyme oder exogene Stimuli wie Hitze oder Licht, können die Trägersysteme ihre Ladung von anionisch auf kationisch wechseln. Da fast alle Oberflächen im menschlichen Körper eine anionische Ladung aufweisen, durch die kationische Verbindungen und Partikel ionisch gebunden werden, können sich nur nicht-ionische oder anionische Wirkstoffträger frei im Körper bewegen und Zielzellen erreichen. Dieses sogenannte Polykationen Dilemma kann durch Wirkstoffträgersysteme, die ihr Zetapotential direkt an der Zielzelle von nicht-ionisch bzw. anionisch auf kationisch ändern, überwunden werden. Im Rahmen dieses Projektes wurden nanopartikuläre Wirkstoffträgersysteme entwickelt, die Phosphatteilstrukturen an ihrer Oberfläche aufweisen. Diese Phosphate werden durch Phosphatasen an der Membran von Zielzellen abgespalten. Durch diese Abspaltung verlieren diese Wirkstoffträgersysteme anionische Ladungen, so dass ihr Zetapotential eine positive Ladung erreicht. Vor allem Polyphosphate und phosphorilierte Emulgatoren erwiesen sich in diesem Zusammenhang als besonders geeignet, um den gewünschten Effekt zu erzielen. Die Ergebnisse dieses Projektes tragen zur Entwicklung effizienterer Wirkstoffabgabesystem und Diagnostika bei.