Die Bedeutung interpartikulärer Wechselwirkungen für die Anwendung von Pulvern zur Inhalation

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Regina Scherließ, seit 7/2014; Professor Dr.-Ing. Martin Sommerfeld
• Fachliche Zuordnung: Mechanische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 170173745

Wirkstoffe, die die Lunge über Inhalation erreichen sollen, müssen Partikelgrößen zwischen 1 μm und 5 μm aufweisen. Auf Grund dessen sind sie kohäsiv, fließen schlecht und sind schlecht dosierbar. Daher werden sie in einem Mischprozess auf einen gröberen Träger aufgebracht. Bei Inhalation muss sich der Wirkstoff wieder vom Träger lösen, damit er die Lunge erreicht. Es ist bekannt, dass die Oberflächeneigenschaften der wechselwirkenden Partner von entscheidender Bedeutung für die Haftkraft zwischen Wirkstoff und Träger sind. Bisher basiert die Entwicklung von Pulverinhalaten im Wesentlichen auf dem Trial and Error Prinzip. Um die Entwicklung von Pulverinhalaten bzw. deren Verabreichungsmethoden auf eine wissenschaftliche Basis zu stellen, sind detaillierte experimentelle Untersuchungen geplant, die eine klare Korrelation zwischen Oberflächenstruktur der Trägerpartikel und Ablöseverhalten der Wirkstoffpartikel bereitstellen sollen. Dazu werden oberflächenbehandelte Glaskugeln als Träger verwendet, weil Glas die Modifizierung seiner Oberfläche durch physikalische und chemische Maßnahmen in einem sehr weiten Bereich erlaubt, ohne dass andere, die interpartikulären Wechselwirkungen ebenfalls beeinflussende Faktoren, wie Partikelgröße oder –form, angetastet werden. Dies ermöglicht die eindeutige Zuordnung der die interpartikulären Wechselwirkungen betreffenden Effekte zu den Oberflächeneigenschaften des Trägers und die Einstellung der interpartikulären Wechselwirkungen über einen weiten Größenbereich. Essentiell für diese Verabreichungsmethode ist natürlich die Ablösung der Wirkstoffpartikel vom Träger innerhalb des Inhalators, bzw. in den oberen Atemwegen. Dies wird in beschränktem Umfang durch komplizierte in vitro und in vivo Experimente überprüft. Eine weitere effektive Herangehensweise, das Ablöseverhalten zu analysieren, ist die numerische Simulation, welche auf der Basis der Lattice-Boltzmann-Metode durchgeführt werden soll. Es ist vorgesehen, die Umströmung der mit Wirkstoffpartikeln belegten Trägerpartikel in verschiedenen relevanten Strömungssituationen zu berechnen und daraus die auf die Wirkstoffpartikel wirkenden Strömungskräfte zu bestimmen. Im Vergleich zu den wirkenden Haftkräften (Oberflächeneigenschaften der Träger) lässt sich damit die Ablösewahrscheinlichkeit für die verschiedenen Randbedingungen vorhersagen. Die Untersuchungen werden schließlich auch dazu genutzt, die Strömungsführung im Inhalator zu optimieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1486: Partikel im Kontakt - Mikromechanik, Mikroprozessdynamik und Partikelkollektive
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Hartwig Steckel, bis 7/2014