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Nanopartikel machen Augentropfen wirksamer

Augentropfen sind eine gängige Applikationsform von Arzneimitteln für ein breites Spektrum an Erkrankungen des Auges. Fast jeder von uns hat sie schon mindestens einmal benutzt. Was jedoch die meisten nicht wissen: Auch wenn die Augentropfen korrekt angewendet werden, gelangt nur etwa ein Prozent des Medikaments ins Auge. Der Rest wird durch Lidschlag und Tränenflüssigkeit wieder herausgespült. Deshalb müssen die Wirkstoffe sehr hoch dosiert werden, was zu Nebenwirkungen führen kann. Forscherteams der Universitäten Tübingen und Groningen haben nun im Projekt „nano-I-drops“ Nanopartikel aus körpereigenen Materialien entwickelt, mit denen sich fast alle gängigen Augenmedikamente wesentlich besser und verträglicher verabreichen lassen.

Dr. Sven Schnichels hat an der Augenklinik der Universität Tübingen Augentropfen auf der Basis von Nanopartikeln entwickelt. © privat

An der Universitäts-Augenklinik in Tübingen beschäftigen sich Dr. Sven Schnichels und sein Team schon seit einiger Zeit mit der Frage, ob man Nanopartikel als Medikamententräger für die Therapie von Augenerkrankungen einsetzen kann. Ausgangspunkt hierfür war die Tatsache, dass selbst bei korrekter Anwendung 95 bis 99 Prozent der Augentropfen durch Lidschlag und Tränenflüssigkeit sofort wieder herausgespült werden. Nur etwa ein Prozent der Wirkstoffmenge verbleibt am Auge oder gelangt ins Auge. Die Konsequenz aus dieser kurzen Verweildauer der Medikamente ist, dass diese von den Patienten relativ oft getropft werden müssen. „Wenn man viermal am Tag Augentropfen und dazu vielleicht noch achtmal am Tag Tränenersatzmittel anwenden muss – das schaffen die meisten Patienten gar nicht", sagt Schnichels. Und er fügt hinzu: „Damit die Medikamente aber trotzdem wirken können, müssen die Wirkstoffe in den Tropfen sehr hoch konzentriert werden." Dies führt jedoch häufig zu Nebenwirkungen oder auch Allergien, die bis zu einem anaphylaktischen Schock reichen können. Aufgrund dieser Gefahr wurden einige potente Medikamente erst gar nicht auf den Markt gebracht.

Daher hat man an der Augenklinik der Tübinger Universität schon vor einiger Zeit begonnen, nach Alternativen zu herkömmlichen Augentropfen zu suchen. Hier erwies sich der Einsatz von Nanopartikeln als vielversprechender Ansatz, die Medikamentenaufnahme zu verbessern. Die Anregung dazu kam von Prof. Dr. Andreas Herrmann, der am Zernike Institute for Advanced Materials der Universität Groningen die Abteilung für Polymerchemie leitet und solche Nanopartikel aus unterschiedlichen biologischen Substanzen entwickelt hat. In einer Diskussion mit Prof. Dr. Martin Spitzer von der Tübinger Augenklinik entstand die Idee, ob Nanopartikel nicht auch am Auge anwendbar seien. „Daraufhin haben wir aus Holland eine große Auswahl von verschiedenen Partikeln bekommen und getestet", wie Spitzer berichtet. „Und die Tests waren erfolgversprechend." In der Folge wurde das Team „nano-I-drops" gegründet, in dem Wissenschaftler aus Tübingen und Groningen gemeinsam eine Drug-Delivery-Plattform auf Nanotechnologiebasis für Augentropfen entwickeln sollten.

Prof. Dr. Martin Spitzer von der Augenklinik der Universität Tübingen hat gemeinsam mit seinen Kollegen die nano-I-drops zum Patent angemeldet. © privat

Lipid-DNA-Nanopartikel werden mit Wirkstoff beladen

Nanopartikel können aus den unterschiedlichsten Stoffen bestehen und sind nur zwischen einem und hundert Nanometern groß: Ihr Größenverhältnis gegenüber einem Fußball ist vergleichbar mit dem des Fußballs zur Erde. Sie selbst haben keine therapeutische Funktion, sondern dienen gewissermaßen als Vehikel für die Wirkstoffe, die ins Auge gelangen sollen. Von diesen Mini-Partikeln bekamen Schnichels und sein Team von den Kollegen aus Groningen verschiedenste Substanzen und wählten in einem ersten Schritt die Trägerstoffe mit den besten Eigenschaften aus. Dabei zeigten solche, die aus Lipidketten und DNA bestehen, die höchste Verweildauer am Auge. „Von diesen Lipid-DNA-Partikeln haben wir dann noch acht weitere Modifikationen getestet, um den optimalen Lipid- und DNA-Anteil zu ermitteln", wie Schnichels berichtet. Dann wurden Medikamente an die verschiedenen Nanopartikel gebunden. Die Entwicklungsarbeiten führte Schnichels gemeinsam mit Dr. Jan Willem de Vries durch. Beide Wissenschaftler haben gemeinsam mit den Professoren Herrmann und Spitzer ihre Erfindung zum Patent eingereicht.

Nanopartikel-Augentropfen müssen seltener angewandt werden

Dr. Jan Willem de Vries ist Chemiker. Er arbeitete zunächst an der Universität Groningen und jetzt in Tübingen im Team „nano-I-drops“ an der Entwicklung der neuen Hightech-Augenmedikamente mit. © privat

Bei den Tests konnten der Biologe Schnichels und der Chemiker de Vries nachweisen, dass das beladene Nanopartikel bis zu vier Stunden am Auge verbleibt. „Das heißt, wir können die Wirkstoffe wesentlich niedriger dosieren und die Tropfen müssen seltener angewandt werden, was ziemlich sicher auch weniger Nebenwirkungen bedeutet", sagt de Vries. Die universellen Eigenschaften des Nanopartikels erlauben es den Wissenschaftlern, alle „small molecules" – und somit nahezu alle gängigen Arzneimittel für Augenerkrankungen – an die Nanopartikel zu binden. „Die Medikamente sehen aus wie ganz normale Augentropfen und fühlen sich wie Wasser an", berichtet der Chemiker. „Und bei den Tierversuchen ist die Blinkhäufigkeit deutlich reduziert, die Tropfen scheinen sehr viel angenehmer zu sein." Das Ziel der Wissenschaftler ist es, die Medikamente so zu optimieren, dass sie nur einmal pro Tag ins Auge getropft werden müssen.

Nach den positiven Ergebnissen konzentriert sich das "nano-I-drops"-Team auf die konkrete Entwicklung der Drug-Delivery-Plattform für die häufigsten Erkrankungen: Infektionen, grüner Star und retinale Erkrankungen. „Wir entwickeln im Moment keine neuen Medikamente, sondern beladen die Nanopartikel mit den Wirkstoffen, die schon auf dem Markt sind", so der Augenarzt Spitzer. Diese werden dann in Tierversuchen an Schweineaugen vom Schlachthof oder menschlichem Hornhautgewebe, das nicht mehr für Transplantationen benötigt wird, getestet. Bislang mit Erfolg. „Was nun konkret ansteht, ist eine große Effektivitätsstudie mit erkrankten Tieren. „Wenn diese Studien sowie die Toxizitäts- und die Stabilitätsstudie gut verlaufen, wollen wir Ende nächsten Jahres eine Firma gründen, um die klinischen Studien vorzubereiten", sagt Schnichels.

BIOPRO begleitet junge Firmengründer im Programm EXI Hightech Gründungsgutschein

nano-I-drops sehen wie Wasser aus, fühlen sich aber nach der Applikation sehr viel angenehmer an als herkömmliche Augenmedikamente © nano-I-drops

Unterstützung in Sachen Firmengründung haben die Forscher schon von den verschiedensten Seiten erhalten. Beispielsweise im Rahmen des EXIST-Forschungstransfers des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie. „Damit konnten wir zunächst schon einmal das Team aus Groningen und Tübingen vereinen", sagt Schnichels. Eine weitere, wertvolle Unterstützung, wie Schnichels es nennt, ist der EXI Hightech Gründungsgutschein, den bwcon und BIOPRO gemeinsam anbieten: „Dieses Programm könnte nicht sinnvoller sein", sagt er. Mit Hilfe der Gutscheine können Gründungswillige aus Hightech-Bereichen vergünstigt professionelle Beratung in Anspruch nehmen. Die BIOPRO Baden-Württemberg GmbH ist der Life-Sciences-Partner des Programms, das Gründungsinteressierten die Möglichkeit bietet, ihre Idee gemeinsam mit einem Experten weiter reifen zu lassen.

„Das Programm EXI und die Unterstützung durch die BIOPRO ist uns eine große Hilfe, weil es für uns Wissenschaftler alleine sehr schwierig ist, einen guten Coach zu finden und zu finanzieren. Es gibt so viele Fragen und Herausforderungen, an die man als Wissenschaftler gar nicht denkt – da kann man früh viele Fehler machen, und deshalb ist es gut, jemand mit Erfahrung an der Seite zu haben", sagt Schnichels. Und er fügt hinzu: "Man kann nur jedem in so einer Situation raten, sich zu bewerben – und zwar möglichst früh."

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