3D-Druck von Permeationsmembranen für biorelevante Permeationsuntersuchungen in einem künstlichen Dünndarmmodell

• Antragsteller: Dr. Julian Quodbach
• Fachliche Zuordnung: Pharmazie
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416044197

Arzneimittel werden Patienten aufgrund der unkomplizierten und einfachen Anwendung meistens oral verabreicht. Ein Nachteil der oralen Gabe ist, dass der im Arzneimittel enthaltene Wirkstoff zunächst im oberen Gastrointestinaltrakt aufgelöst werden muss um anschließend über die (Dünn )Darmschleimhaut absorbiert zu werden. Ohne diese Prozesse würde der Arzneistoff seine Wirkung nicht entfalten können. Für die in vitro Untersuchung der Wirkstoffpermeation über die Schleimhaut existieren verschiedene Modelle, die entweder auf kultivierte Zellschichten als Permeationsmembran basieren, oder rein künstliche Permeationsmembranen verwenden. Vorteil der zellbasierten Systeme ist, dass auch der aktive Transport durch die Zellmembran über Transportproteine abgebildet wird. Die zeit- und kostenintensive Kultivierung der Zellen führte zur Entwicklung künstlicher, lipidbasierter Zellmembranen, die schnell und kostengünstig anzufertigen sind und somit auch in der Routinekontrolle verwendet werden können. Diese spiegeln aber nur den passiven, diffusionskontrollierten Transport über die Membran wider, da Transportproteine gänzlich fehlen. In all diesen Systemen werden planare Membranen verwendet, welche die anatomischen Gegebenheiten des Dünndarmes nicht widergeben. Daher resultiert ein nicht physiologisches Oberflächen/Volumen-Verhältnis, welches den realen Wert von ca. 2 cm-1 deutlich untertrifft.In diesem Forschungsprojekt soll ein neues, physiologischeres Testsystem entwickelt werden. Es sollen Permeationsmembranen mit struktureller Ähnlichkeit zur Dünndarmwand mittels 3D-Druck hergestellt werden. Dafür wird ein sogenannter Biodrucker (CELLINK BIO X) verwendet werden, mit dem halbfeste Systeme verdruckt werden können. Es werden halbfeste Systeme aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polycarbonat entwickelt und zu Membranen mit dreidimensionaler Struktur verdruckt. Die PVDF-Membranen werden zu rein künstlichen Permeationsmembranen mit Lipiden funktionalisiert, die Polycarbonatmembranen werden mit Caco-2 Zellen kultiviert. Diese Membranen werden zunächst in einem bekannten Versuchsaufbau für Permeationsuntersuchungen verwendet und anschließend in ein neuentwickeltes dreidimensionales Dünndarmmodell eingesetzt. Damit wird die Ähnlichkeit zum realen Absorptionsorgan erhöht. Es wird ein Pumpsystem an das Darmmodell angeschlossen, um den peristaltischen Fluss der Darmflüssigkeit zu simulieren. In systematischen Permeationsuntersuchungen soll die Güte der in vivo-in vitro Korrelation des neuen Modells mit Literaturdaten erforscht werden.Ziel des Forschungsprojektes ist folglich die Entwicklung und Charakterisierung eins Permeationsmodells mit struktureller Ähnlichkeit zum Dünndarm. Dafür nötig ist die Herstellung nicht planarer Membranen mit definierter, dreidimensionaler Oberflächenstruktur, die Funktionalisierung der Membranen für Permeationsuntersuchungen und die Entwicklung des Dünndarmmodells.

• DFG-Verfahren: Forschungsstipendien
• Internationaler Bezug: Schweden
• Gastgeberin: Professorin Dr. Christel Bergström