Grundgedanken des DFG-Projektes "NanoHale"

Untersuchung der Wechselwirkung nanoskaliger Objekte mit biologischen Systemen Modellorgan: Lunge Loko-regionale Therapie nach Inhalation Steuerung der örtlichen (Verteilung) und zeitlichen (Kinetik) Prozesse der Wirkstoff-Deposition durch Nano-Objekte

Vernetzung

Zur Verwirklichung des Projektes wurde eine enge Zusammenarbeit der nötigen Fachgebiete etabliert, was  entsprechende Vorteile birgt.

Vernetzung von materialwissenschaftlicher, pharmazeutischer und medizinischer Kompetenz Interdisziplinäre Forschergruppe Aktive und durch Publikationen dokumentierte Zusammenarbeit Standorte Giessen, Marburg, München Kommunikation: Projektdiskussionen,  Home-Page + Datenbasis, rotierende Minisymposien

Ziele der Arbeitsgruppen Wendorff/Greiner

Eines der Ziele des Projektes sind wirkstoffbeladene Nanofasern und Nanoröhren für den therapeutischen Einsatz in der Therapie von Lungenerkrankungen im Bereich der Alveolen. Systematische Untersuchungen zur Wirkungsweise polymerer Nanofasern und Nanoröhren im therapeutischen Einsatz sowie zu deren Biokompatibilität, insbesondere unter toxikologischen Aspekten, sind bisher nicht bekannt. Die Wirkstoffbeladung von Nanofasern und Nanoröhren für therapeutische Zwecke ist, im Gegensatz zum Fall der Nanopartikeln, ebenfalls praktisch unerforscht. Die Anwendungen von Nanofasern und Nanoröhren in der Therapie von Lungenerkrankungen über die Inhalation sind jedoch von besonderem Interesse. Neben der Auswahl der geeigneten Polymersysteme, der Präparation von Nanofasern und Nanoröhren, deren Wirkstoffbeladung, der Wirkstoff-Freisetzung stellen sich grundlegende Fragen zum Depositionsverhalten bei der Lungeninhalation und der Toxikologie solcher Polymerfasern und Polymerröhren in Abhängigkeit von der chemischen und morphologischen Struktur (Dimensionen, aerodynamischer Radius, Oberflächenstrukturen Krümmung, mechanische Eigenschaften). Die genannten Fragestellungen sollen systematisch im Rahmen des Projektes in enger Vernetzung mit den Arbeitgruppen Kissel, Kreyling / Schulz, Seeger und Bakowsky
untersucht werden.

In den Arbeitsgruppen Wendorff/Greiner ist das Ziel die Entwicklung von Wirkstoff beladenen polymeren Trägersystemen für eine Deposition und Freisetzung von Wirkstoffen in der Lunge zur Behandlung unterschiedlicher Lungenkrankheiten. Das Projekt beruht dabei auf dem Konzept, dass anisometrische nanostrukturierte Träger im Allgemeinen besser für eine Medikamentenfreisetzung in der Lunge geeignet sind als sphärische Nanopartikel. Sphärische Partikel mit Abmessungen oberhalb von 10 Mikrometern sind nicht in der Lage, in die fein verästelten Strukturen der Lunge einzudringen, wohl aber entsprechende lineare Systeme wie Fasern endlicher Länge. Eine Analyse des Depositionsverhaltens von Trägern in der Lunge hat gezeigt, das der aerodynamische Radius der Träger die entscheidende Rolle beim Depositionsverhalten spielt.

Dieser wird bei faserartigen Strukturen vorrangig durch den Faserradius bestimmt; er ist dagegen nur eine schwache Funktion der Faserlänge. Die Folge ist, dass eine Faser mit einem Radius mehrerer Mikrometer und einer Länge von 100 Mikrometer und mehr sehr wohl in der Lage ist, in die Verästelungen der Lunge einzudringen und dort Medikamente freizusetzen. Der aerodynamische Radius von Fasern ist ferner eine Funktion der Dichte der Fasern. Fasern geringerer Dichte, also hoch poröse Fasern oder auch Hohlfasern, weisen daher sehr viel geringere Werte für den aerodynamischen Radius auf als kompakte Fasern gleicher Länge.


Das Projekt sieht die Präparation von Fasern mit vorgegebenen Radien und Längen, die Präparation von Fasern einstellbarer Porosität sowie von Hohlfasern vor, außerdem die Beladung solcher anisometrischer Träger mit Wirkstoffen. Die Träger müssen so gestaltet werden, dass die Medikamentenfreisetzung gezielt eingestellt werden kann. Als Präparationsmethoden wurden das Elektrospinnen sowie zwei Templatverfahren ausgewählt, von denen eines auf Fasern beruht und das zweite auf porösen Templaten.


Weitere Informationen zu NanoHale und den beteiligten Arbeitsgruppen: