Entwicklung neuer Azo-Hydrogele und eines numerischen Mehrfeldmodells zur kolon-spezifischen Wirkstofffreisetzung

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Markus Böl; Professorin Dr. Julia Großeheilmann
• Fachliche Zuordnung: Mechanik ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 523822408

Der Einsatz von Medikamenten leistet einen entscheidenden Beitrag zur Verbesserung der Lebensqualität, entsprechend groß ist der Umsatz der Pharmaindustrie. Biotechnologische Wirkstoffe, wie Peptide und Proteine, sind häufig größer als traditionelle Wirkstoffe und weisen begrenzte Stabilität auf. Bei der oralen Anwendung werden sie durch Proteasen abgebaut oder durch das saure Milieu des Magens zersetzt. Deshalb werden therapeutische Proteine über Injektionen, statt über den natürlichen, weniger invasiven und kostengünstigeren oralen Weg verabreicht. Damit zukünftig auch die erfolgreiche Therapie mit weniger stabilen Molekülen einfach zugänglich ist, müssen sich mit dem zunehmenden Anteil biotechnologischer, bioaktiver Moleküle auch die Verabreichungsformen weiterentwickeln. Eine vielversprechende Alternative zu etablierten und literaturbekannten Varianten der Wirkstoffbereitstellung bieten Hydrogele, welche Wirkstoffe oder andere bioaktive Materialien in ihrer dreidimensionalen Netzwerkstruktur einbetten und sie dadurch schützen. An dem Zielort werden diese anschließend gleichmäßig oder, im Fall von selbstregulierenden Drug Delivery Systems (DDS), innerhalb kurzer Zeit als Reaktion auf äußere Stimuli, wie z.B. dem pH-Wert, abgegeben. Die pH-sensitive Freisetzung aus Hydrogelen in Medien, welche den Gastrointestinaltrakt simulieren, wurde für die orale Verabreichung erforscht und zeigen, neben anderen Nachteilen, eine zu geringe mechanische Stabilität und zu langsame Reaktion auf externe Stimuli, um für die Medikation eingesetzt zu werden. Um die Nachteile der Hydrogele in der medizinischen Anwendung zu überwinden, sollen in dem vorliegenden Projekt Hydrogele, basierend auf Polymerisierten Ionischen Flüssigkeiten (PILs) untersucht werden. Eine präzise kolon-spezifische Wirkstoffabgabe erfordert, dass der Auslösemechanismus im Abgabesystem nur auf die für den Dickdarm spezifischen physiologischen Bedingungen reagiert. Um dies zu erreichen, werden in diesem Projekt neuartige Azo-Hydrogele als Darreichungsformen vorgeschlagen, die eine orale kolon-spezifische Verabreichung ermöglichen. Um das Freisetzungs- und Quellungsprofil bereits frühzeitig vorherzusagen, wird ein dreidimensionales Mehrfeldmodell zur Vorhersage des mechanischen Verhaltens sowie zur Beschreibung der Mechanismen der Wirkstofffreisetzung entwickelt. Das Vorhaben verbindet somit gleichrangig zwei zentrale Forschungsziele: 1) Die Synthese und Charakterisierung einer Reihe von neuartigen Azo-Hydrogelen für die gezielte Freisetzung von Wirkstoffen in den Dickdarm, 2) Die Entwicklung eines kontinuumsmechanisch-basierten Mehrfeldmodells, um die Wirkstofffreisetzung von Hydrogelen in Folge von pH-Wert- und Enzymänderungen abzubilden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Dr.-Ing. Robert Seydewitz