Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der Entwicklung von Strategien für die Verabreichung schwer löslicher Arzneistoffe, insbesondere mit Hilfe nanopartikulärer Wirkstoffapplikationssysteme. Außerdem arbeiten wir an Pellets für die Verabreichung schwerlöslicher Arzneistoffe in individualisierten Arzneiformen. Ein weiterer Forschungsbereich befasst sich mit der Formulierungsentwicklung für therapeutische Biomakromoleküle.
Nanopartikuläre Wirkstoffapplikationssysteme
Von besonderer Bedeutung im Bereich unserer Forschung hinsichtlich der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung nanopartikulärer Wirkstoffapplikationssysteme zur Formulierung schwer löslicher Arzneistoffe ist die Frage nach Struktur-Funktionsbeziehungen in diesen Systemen. Es geht v.a. um die Stabilität, die Wirkstoffträgerkapazität und die Freisetzungseigenschaften der Formulierungen in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung, dem Herstellungsverfahren und ihrer Ultrastruktur. Davon ausgehend werden neue Strategien für Systeme mit optimierten Trägereigenschaften, kontrollierter Freigabe und Verfahren zu ihrer Herstellung entwickelt. Ziel ist es, in Zukunft eine gezielte Konstruktion nanostrukturierter Applikationssysteme zu ermöglichen.
Zur Verarbeitung schwer löslicher Arzneistoffe, v.a. zu injizierbaren Arzneiformen nutzen wir vorrangig nanopartikuläre Systeme auf Lipidbasis (feste Lipidnanopartikel, Emulsionssysteme sowie Dispersionen flüssigkristalliner Phasen), die stets auch umfassend charakterisiert werden. Untersucht werden u.a. die Auswirkung pharmazeutischer Prozessschritte (z.B. Dispergierverfahren, Sterilisation) auf die Eigenschaften der Trägerpartikel. Mit der Prämix-Membranemulgierung konnten wir eine Methode etablieren, die die Erzeugung kolloidaler Dispersionen mit besonders enger Partikelgrößenverteilung und eine Herstellung im Kleinstmaßstab ermöglicht. In der Vergangenheit konnten grundlegende Erkenntnisse zum Kristallisations- und thermischen Verhalten von Lipidnanopartikeln in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und der Teilchengröße erarbeitet werden, die interessante Möglichkeiten zur Modifikation der Wechselwirkung mit Wirkstoffen eröffnen.
Pharmazeutische Trägersysteme müssen eine angemessene Wirkstoffträgerkapazität aufweisen, die wir für unterschiedliche nanopartikuläre Systeme evaluieren. Längerfristiges Ziel ist es, möglichst materialsparend und auch auf Grundlage theoretischer Konzepte geeignete Trägersysteme zu identifizieren. Neben der Frage, welches Trägersystem für einen gegebenen Wirkstoff die beste Formulierungslösung darstellt, befassen wir uns in diesem Zusammenhang mit den Einflüssen des Wirkstoffs auf die Eigenschaften der Partikel. Um diese Arbeiten in Zukunft rationeller durchführen zu können, haben wir ein Screening-Verfahren zur Untersuchung der Beladungskapazität entwickelt. Dieses wird sowohl zur Formulierungsfindung für neu entwickelte Wirkstoffkandidaten als auch zur Bearbeitung grundlegender Fragestellungen, z.B. zur Lokalisation von Wirkstoffen in den Partikeln, genutzt.
Unsere Arbeiten zur Wirkstofffreisetzung zielen darauf, das Potential nanopartikulärer Träger realistisch einschätzen und verbesserte Strategien zur Beherrschung der Wirkstofffreigabe erarbeiten zu können. Grundlegende Freisetzungsmechanismen sollen herausgearbeitet und darauf aufbauend verbesserte Trägersysteme entwickelt werden. Da zur Untersuchung der Freisetzungseigenschaften kolloidaler Wirkstoffapplikationssysteme bisher keine Referenzmethode existiert, vergleichen wir verschiedene Ansätze, um ausgehend davon geeignete Methoden zu entwickeln. Hierbei beziehen wir zunehmend die physiologische Situation mit ein. Im Hinblick auf die Wechselwirkungen von Lipidnanopartikeln mit biologischen Modellsystemen, vorrangig hinsichtlich ihrer parenteralen Applikation, interessieren wir uns vor allem für Auswirkungen der Zusammensetzung, Partikelform und -größe sowie der Oberflächenbeschaffenheit der Partikel.
Arzneistoffnanopartikel sind eine wichtige Alternative für die Verarbeitung schwer wasserlöslicher Wirkstoffe. Eine Reihe offener Fragen gibt es hierbei im Hinblick auf die Stabilisierung der Partikel während und nach der Herstellung bzw. den Erhalt des nanopartikulären Zustandes im Zuge weiterer Verarbeitungsschritte. Diesen Fragestellungen gehen wir in Kooperation mit dem Institut für Partikeltechnik nach. Da hierbei die perorale Applikation im Vordergrund steht, sind nicht nur flüssige Nanopartikel-Suspensionen, sondern auch Methoden zu ihrer Überführung in feste Formen von Interesse.
Formulierungen für therapeutische Biomakromoleküle
In diesem Bereich befassen wir uns unter anderem mit der Entwicklung und Charakterisierung von injizierbaren/implantierbaren Formulierungen für die kontrollierte Proteinfreisetzung. Zudem arbeiten wir an Strategien für die Verabreichung therapeutischer Biomakromoleküle (Proteine, RNA) mithilfe von Lipidnanopartikeln, unter anderem in einem Kooperationsprojekt mit einer Reihe von Arbeitsgruppen des PVZ, der Medizinischen Hochschule Hannover, der Leibniz Universität Hannover und mehrerer Fraunhofer-Institute.
Pellets für die patientenindividuelle Arzneistofftherapie
Im Rahmen der Forschung zur Entwicklung von Pellets für die patientenindividuelle Arzneistofftherapie werden selbstdispergierbare Lipid- und Hydrogel-basierte Pellets entwickelt, wobei letztere mit Lipidnanopartikeln beladen sind. Zu den genutzten Herstellungsmethoden zählen einerseits die Schmelzextrusion und andererseits die Vertropfung, zumeist mittels laminar jet breakup. Das Ziel dieser Systeme ist die Steigerung der oralen Bioverfügbarkeit von schwer wasserlöslichen Wirkstoffen. Die erzeugten Pellets sind für den Einsatz in einer patientenindividualisierten Kapsel vorgesehen, mit dem Ziel, die Adhärenz im Rahmen einer Polymedikation zu verbessern. Im Zuge der Grundlagenforschung werden unter anderem die Einflüsse der Zusammensetzung und der Prozessparameter auf die Pellets analysiert.
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