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Grünes Licht für Wirkstofffreigabe

Medikamente über Pflaster einnehmen – gezielt per Lichtschalter

| Autor/ Redakteur: Dr. Andrea Six* / Christian Lüttmann

Dass unsere Haut geeignet ist, um Wirkstoffe aufzunehmen, ist spätestens seit Einführung von Nikotinpflastern hinlänglich bekannt. Schweizer Forscher der Universität Fribourg und der Empa sind nun einen Schritt weiter gegangen und haben ein Pflaster mit lichtgesteuerter Medikamentenfreisetzung entwickelt. Damit könnten Wirkstoffe besonders gezielt verabreicht werden.

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In solchen Nanokugeln können Wirkstoffe verpackt werden. Nur im richtigen Licht erfolgt deren Freisetzung.
In solchen Nanokugeln können Wirkstoffe verpackt werden. Nur im richtigen Licht erfolgt deren Freisetzung.
(Bild: Empa)

Dübendorf, Freiburg/Schweiz – Nicht jedes Medikament eignet sich als Tablette zum Schlucken oder kann mit der Spritze in den Körper gepumpt werden. Die Haut bietet hingegen eine große und ausreichend durchlässige Fläche, um Wirkstoffe aufzunehmen. Nikotinersatz, Schmerztherapeutika oder Mittel zur Empfängnisverhütung lassen sich heute bereits per Pflaster über die Haut applizieren. Forscher der Empa in St. Gallen und des Adolphe Merkle Instituts der Schweizer Universität Fribourg entwickeln derzeit ein System, mit dem die Wirkung von Medikamenten per Lichtschalter gesteuert werden kann. So ließe sich beispielsweise die Dosierung von Wirkstoffen exakt kontrollieren, was neue Möglichkeiten für Therapien in Form von transdermalen Pflastern eröffnet.

Pflaster mit Lichtschalter

Damit die Inhaltsstoffe im Pflaster präzise steuerbar sind, haben die Forscher einen molekularen Lichtschalter erdacht, der von der Natur inspiriert ist. „Unser Lichtschalter arbeitet nach dem Prinzip der Netzhaut im menschlichen Auge“, sagt Dr. Luciano Boesel vom Empa-Labor für Biomimetische Membranen und Textilien. Wie die natürlichen Farbstoffe im Auge können auch diese synthetischen Photochrome durch Licht aktiviert werden. Eingebaut wurden die molekularen Schalter in Polymer-Nanokugeln, die für erste experimentelle Funktionsanalysen mit Testsubstanzen gefüllt wurden.

So geht Medizin richtig unter die Haut

Werden diese Nanoreaktoren mit Licht einer bestimmten Wellenlänge bestrahlt, ändert sich ihre Struktur. Damit wird ihre Hülle durchlässig und die aktiven Substanzen können aus dem Nanoreaktor in die Umgebung diffundieren. Wechselt die Farbe des Lichts, etwa von Grün auf Rot, kommt die chemische Reaktion innerhalb von Sekunden zum Erliegen. Die Hülle der Nanoreaktoren verschließt sich wieder und die Reaktionsgefäße warten auf ihren nächsten Einsatz.

Künftig sollen diese Nanoreaktoren mit eingebautem Lichtschalter als Reservoirs für Medikamente dienen. „Es lassen sich Lichtschalter für das gesamte Spektrum zwischen 450 und 700 Nanometern Wellenlänge nutzen, also für farbiges Licht von Blau bis Rot“, erklärt Boesel. „Dadurch ergibt sich ein Spielraum für die gesteuerte Abgabe mehrerer Medikamente oder für komplexe Reaktionskaskaden in einem einzigen Pflaster.“

Optimierungsarbeit läuft

Das Team arbeitet nun mit Unterstützung des Nationalfonds und des National Center of Competence in Research for Bio-Inspired Materials daran, den Nanoreaktor „mit Lichtschalter“ weiter zu optimieren. „Zunächst werden wir die exakt kontrollierbare Abgabe von Substanzen untersuchen, die bereits für die Anwendung durch die Haut zugelassen sind wie etwa bestimmte Schmerzmittel“, sagt der Forscher. Künftig seien jedoch viele weitere Behandlungen als „Pflaster mit Lichtschalter“ denkbar.

Originalpublikation: O Rifaie-Graham, S Ulrich, NFB Galensowske, S Balog, M Chami, DRentsch, JR Hemmer, J Read de Alaniz, LF Boesel, and N Bruns: Wavelength-Selective Light-Responsive DASA-Functionalized Polymersome Nanoreactors. J. Am. Chem. Soc., 2018, 140 (25), pp 8027–8036; DOI: 10.1021/jacs.8b04511

* Dr. A. Six, EMPA Eidgenössische Material- Prüfungs-und Forschungsanstalt, 8600 Dübendorf

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