Gelatinebasierte Hydrogele für die kontrollierte Adsorption und Freisetzung von Wirkstoffen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Dr. Alexander Southan; Professorin Dr. Cosima Stubenrauch
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 518557415

Um gelatinebasierte Hydrogele zu erhalten, kann man wässrige Gelatinelösungen in Formen gießen und gelieren – entweder physikalisch oder chemisch. Dieses Vorgehen ist in der Regel sehr einfach, führt aber zu einem Material mit sehr kleiner Oberfläche, was vor allem für Anwendungen in der Wirkstofffreisetzung von Nachteil ist. Im Rahmen dieses Projekts werden wir gelatinebasierte Materialien mit großer Oberfläche herstellen und zwar zum einen 50 – 100 µm (Radius) große Hydrogelpartikel und zum anderen poröse Hydrogele mit Porengrößen von ~200 – 450 µm. Ziel ist es, über die Partikel- bzw. die Porengröße die Diffusionswege von Modellwirkstoffen und damit die Freisetzungskinetik zu kontrollieren. Die Partikel- und Porengrößen sind so gewählt, dass die maximalen Diffusionswege in der Hydrogelmatrix vergleichbar sind. Weitere Kontrollparameter für die Freisetzungskinetik sind die Wirkstoffkonzentration und der isoelektrische Punkt (IEP) des Hydrogels. Für die porösen Hydrogele sollen Messungen in Abhängigkeit der Porengröße, der Porengrößenverteilung, der Porosität und der Porenkonnektivität erfolgen, da diese Strukturelemente die Diffusionswege innerhalb der Hydrogelmatrix steuern. Für die Hydrogelpartikel gilt Entsprechendes für die Partikelgröße und die Partikelgrößenverteilung. Wir werden herausfinden, welche Struktur die Hydrogelpartikel und die porösen Hydrogele haben müssen, um vergleichbare Freisetzungs-raten zu haben, was das Verständnis von Struktur-Eigenschaftsbeziehungen dieser Systeme enorm erhöhen wird. Ein „Feintunen“ der Freisetzungskinetik über Änderungen des IEPs und der Wirkstoffkonzentration führt zu Materialien mit kontrollierbarer Freisetzungsrate. Um diese Materialien mit den gewünschten Eigenschaften herzustellen, werden wir (1) gelatine-basierte Hydrogelpartikel und poröse Hydrogele mit maßgeschneiderter Zusammensetzung und Struktur synthetisieren und charakterisieren und (2) das Adsorptions- und Freisetzungsverhalten dieser Materialien für drei verschiedene Modellwirkstoffe untersuchen. Von ausgewählten Proben wird die Freisetzungskinetik in einem physiologischen Puffer bei 37°C untersucht, um biologisch relevante Bedingungen zu simulieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen