Aktuellen Zahlen der WHO zufolge befolgen nur 50 Prozent der chronisch kranken Menschen in Entwicklungsländern die Vorgaben den Arztes im Hinblick auf die Medikamenteneinnahme. Forscher des MIT Koch Institute for Integrative Cancer Research und des Massachusetts General Hospital haben nun ein spezielles Polymer-Gel entwickelt, dass die Herstellung von Medikamenten ermöglicht, deren Wirkzeit eine gewünschte Dauer einnehmen kann. In Zukunft kann die Abgabe von Medikamenten im menschlichen Körper zeitgesteuert stattfinden. Denkbar ist den Forschern zufolge auch, dass elektronische Geräte eingesetzt werden, die den Verdauungstrakt überwachen und stark Übergwichtigen bei der Gewichtsreduzierung helfen.


Polymer-gel
Shiyi Zhang vom MIT zeigt ringförmiges Polymer, das in Kapselform geschluckt wird und sich im Magen erst entfaltet (Bild: MIT)

Wirkstoffe können über Wochen und Monate gleichmäßig abgegeben werden

Dank des neuen Polymer-Gels kann die Entwicklung langwirkender Medikamente und auch Geräte gefördert werden. Denkbar ist beispielsweise, dass die Patienten eine Kapsel oral schlucken, deren Wirkstoff in der Folge dann über mehrere Tage, Wochen oder sogar Monate kontinuierlich abgegeben wird. Statt täglich eine Pille einnehmen zu müssen, würde es ausreichen eine Pille im Monat zu schlucken.

Es existieren bereits medizinische Applikationen, die länger im Bauchraum verweilen und über einen längeren Zeitraum Medikamente abgeben oder Körperfunktionen überwachen. Bisher werden diese Medikamente oder Geräte allerdings aus nichtabbaubaren elastischen Polymeren gefertigt, die in der Folge Darmverschlüsse oder gar Risse verursachen können. Problematisch wird das Ganze dann, wenn es zu Bewegungen im Körper kommt, es ist daher nötig die Applikationen nach einer Weile wieder schnellstmöglich aus dem Körper abzuführen.


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Elastisches Polymer im Magen (Bild: Nature Materials)

Polymer löst sich erst im Dünndarm auf

Das Besondere bei dem neuen Polymer-Gel ist, dass dieses zwar auf den PH-Wert der Magensäure reagiert, allerdings dennoch stabil bleibt. Der sichere Abtransport im Magendarmtrakt wird dennoch gewährleistet, da sich das Gel im fast neutralen PH-Wert des Dünndarms zersetzt. Die Aufnahme des Materials ist recht einfach, da es elastisch ist und sich auch verformen kann. Der Vorteil ist, dass eine lange Wirkzeit im Magen erreicht werden kann, ohne das Schädigungen befürchtet werden müssen.

Die richtige Kapsel-Größe stellte lange Zeit ein Problem dar

Bei bisherigen Lösungen kommt es immer wieder zu Notoperationen, da Unregelmäßigkeiten bei der Medikamenten-Abgabe im Mageninneren auftreten können. Dank des neuen Polymer-Gels könnten die Notoperationen in Zukunft vermieden werden. Die Forscher berichten im Fachblatt „Nature Materials“ über das neue Material-System. Dabei erklären die Studienautoren und beteiligten Forscher, worauf es bei dem neuen Polymer-Gel ankommt und welche Schwierigkeiten der komplexe menschliche Körper dabei bereitet. Schließlich ist die natürliche Magenfunktion so programmiert, dass innerhalb weniger Stunden eine Leerung stattfindet. Medikamente oder Kapseln, die nicht gleich wieder ausgeschieden werden sollen, müssen daher größer als das Ventil am Magenausgang sein.

Der Durchmesser des Ventils beträgt 1,5 bis 2 Zentimeter. Die Speiseröhre, über die die Medikamente in Form von Pillen beispielsweise aufgenommen werden, ist jedoch nicht wesentlich größer als der Magenausgang. Folglich können die Applikationen nicht beliebig groß ausfallen, da eine orale Aufnahme ab einer gewissen Größe nicht mehr möglich ist. Die Wahl fiel daher auf ein elastisches Polymer. Eine elastische Applikation hat den Vorteil, dass diese zunächst auf Kapsel-Größe gepresst eingenommen werden kann und sich erst im Magen gänzlich entfaltet um dort dann über einen längeren Zeitraum verweilen und die Medikation gleichmäßig abgeben zu können. Darüber hinaus muss das elastische Polymer-Gel sich allerdings auch während des Transports durch den Magen-Darm-Trakt selbstständig auflösen um keine Schädigungen zu bewirken. Die Forscher setzen daher auf ein synthetisches und elastisches Polymer in Kombination mit einem magensäure-resistenten Polymer. Um das Polymer widerstandfähig, elastisch und magensäure-resistent zu machen, wurde Hydrochlorid-Säure verwendet.

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Polymer-Prototyp an Schweinen getestet (Bild: Nature Materials)

Einsatzfelder in Zukunft

Erste Tests an Schweinen zeigten, dass sich die besonderen Kapseln innerhalb von 15 Minuten im Magen entfalteten und sieben Tage im Bauchraum verweilten. Final löste sich das Polymer-Gel dann im Darm auf und gab entsprechende Teilchen in der gewünschten Dosis ab.

Der Einsatz des neuen Materials ist vielfältig, betonen die Forscher. Im Fachbeitrag wird ein Beispiel bei der Behandlung von stark Übergewichtigen genannt. Eine modifizierte Appilaktion könnte in Zukunft über einen längeren Zeitraum im Magen das Hunger beziehungsweise Sättigungsgefühl steuern.

Die Forscher sind von dem neuen Material begeistert und freuen sich auf einen baldigen Einsatz. Es laufen bereits Verhandlungen und Lizenzvereinbarungen mit dem Biotechnik-Unternehmen Lyndra. Modifizierungen der Pillen können eine Wirkzeit über mehrere Monate gewährleisten. Abschließend halten die Forscher daher fest, dass auch Behandlungen von Infektionskrankheiten wie beispielsweise Malaria von dem neuen System profitieren dürften.

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