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Teil 3 der Nanostory über eine neue Anwendung und die Renaissance der Liposomen
Teil 3 der Nanostory über eine neue Anwendung und die Renaissance der Liposomen

Blog-Eintrag -

Die Nanostory Teil 3 - auf zu neuen Horizonten

Neue Horizonte – eine neue Anwendung

Nachdem wir in etlichen Jahren die Nassvermahltechnik mit den kleinen Zirkonoxid-Kugeln perfektioniert hatten, wurde es Zeit, über den Tellerrand dieser Anwendung als Nanokristalle hinaus zu blicken. Ist es möglich andere, ebenso nanometergroße Strukturen auf Lipidbasis in Form von Liposomen mit unserem System herzustellen? Würden diese sich bilden oder verklumpen oder gar durch den hohen Energieeintrag zersetzen? Lipidnanopartikel sind zuletzt vor allem durch die neuen RNA-Vakzine sehr bekannt geworden. Liposomen sind zwar anders aufgebaut, können aber ähnlich gut Moleküle einbetten (Abb.1).

Liposomenstruktur
Abb.1: Liposomenstruktur

Liposomen – ein vielversprechender Ansatz

Liposomen werden bereits seit über 50 Jahren in der Forschung und Entwicklung eingesetzt und sind schon in Form mehrerer Arzneimittel auf dem Markt vertreten. Eines dieser Arzneimittel ist beispielsweise das Produkt AmBisome®, das den Wirkstoff Amphotericin B eingebettet in Liposomen enthält. AmBisome® kommt als gefriergetrocknetes Pulver zur Rekonstitution in der Behandlung von Pilzerkrankungen zum Einsatz.

Liposomen als Trägersysteme (oder salopper formuliert: „als Packesel“)

Liposomen zeichnen sich durch eine überaus gute Verträglichkeit aus, schließlich bestehen Liposomen aus einer Lipiddoppelschicht, genau wie unsere körpereigenen Zellmembranstrukturen. Wirkstoffe können auf verschiedene Weise in Liposomen eingebettet werden. Während wasserlösliche Moleküle im hydrophilen Kern eingeschlossen werden, werden fettlösliche Wirkstoffe in den lipophilen Teil der Phospholipiddoppelschicht eingebettet (Abb.2).

Aufbau von Liposomen
Abb. 2: Aufbau von Liposomen

Wirkstoffe, die vielleicht in einem reinen wässrigen System unlöslich oder instabil wären (weil dort Enzyme auf Ihren Abbau lauern) sind in Liposomen gut verpackt und geschützt. Nach oraler Aufnahme der Liposomen gelangt der Wirkstoff schließlich über die Zellen unseres Dünndarms in die Blutbahn.

Soweit die Theorie!

In der Praxis sieht die Umsetzung allerdings etwas komplizierter aus. Das fängt mit der Herstellung dieser Liposomen an.

Herstellung von Liposomen

In der Regel werden die Fettkügelchen mit Ihrer Fracht in einem sogenannten „Hochdruckhomogenisator“ solange unter hohem Druck (500 – 2000 bar) durch einen geringen Spalt geschossen, bis diese Kügelchen klein genug sind (Abb.3). Bei großen Mengen ist dieser Prozess recht aufwendig und wenig effizient.

Prinzip eines Hochdruckhomogenisators
Abb.3: Prinzip eines Hochdruckhomogenisators

Die ersten Versuche im Labor- & Pilotmaßstab

Die Nassvermahlung sollte eine neue, effektivere Methode zur Herstellung von Liposomen werden. Zuerst haben wir im Labor einige Versuche mit unserem Screening System DeltaVita 1 durchgeführt. Nachdem wir so sehr interessante Ergebnisse erhalten hatten, haben wir uns an den nächsten Schritt, den Pilotmaßstab gewagt. Den Anfang machten wir mit einem 600 ml Ansatz. Jedoch hatten wir die Lipidkonzentration mit über 40% zu hoch gewählt und das System stieg nach einiger Zeit aus, weil das Produkt zu dickflüssig/viskos wurde und sich so nicht mehr verarbeiten lies.

Das war unerwartet.

Im nächsten Schritt haben wir die Lipidkonzentration auf < 40% reduziert und schon lief der Prozess (Abb.4):

Abb.4: Bilder aus dem Vermahlprozess mit angegebener Lipidkonzentration
Abb.4: Bilder aus dem Vermahlprozess mit angegebener Lipidkonzentration

Die analytischen Untersuchungen ergaben, dass wir tatsächlich liposomale Strukturen im Nanometerbereich erzeugt hatten. Jetzt wussten wir, dass der Prozess wirklich skalierbar sein würde!

Daraufhin war der nächste Schritt klar: im Kleinstmaßstab Liposomen erzeugen, in denen wir sensitive Moleküle wie Peptide einbetten können. Auch hier waren wir nach etlichen Versuchen erfolgreich. Es gelang uns bis zu 50% eines Modellpeptids in diese Liposomen einzubetten (Abb. 5).

Das war viel mehr als das, was mit den sonstigen etablierten Verfahren bisher erreicht wurde.

Abb. 5: Cryo Bilder von Liposomen mit Modellpeptid aus unserem Verfahren
Abb. 5: Cryo Bilder von Liposomen mit Modellpeptid aus unserem Verfahren

Die liposomalen Strukturen sind zwar noch nicht perfekt und noch ein wenig zu uneinheitlich, aber die Optimierung wird der nächste Schritt, wir lernen täglich hinzu.

Unserer neuen Technologie haben wir den Namen NLS (NanoLipoSome)-Technologie gegeben. Die verschiedenen Prototyp-Formulierungen mit dem Modellpeptid sollten im nächsten Schritt im Dünndarmmedium stabil genug sein, um Ihre wertvolle Fracht, das Peptid, unversehrt an die Epithelzellen des Dünndarms abzugeben.

Erste Versuche in einem SIF Medium (Simulating Intestinal Fluid Medium = Simuliertes Dünndarmmedium) sehen sehr vielversprechend aus. Die Liposomen mit unserem Modellpeptid waren über mindestens 2 Stunden stabil, während das Peptid allein innerhalb von wenigen Minuten vollständig zersetzt war.

Der Ausblick

Die Renaissance der Liposomen wollen wir jetzt zu unserem Vorteil nutzen. Wer weiß, vielleicht gelingt uns der Durchbruch zu einem neuen Verfahren, mit dem wir Peptide oder vielleicht sogar RNAs in einer Tablette oder Kapselformulierung unversehrt an Ihren Aufnahmeort im Dünndarm bringen, wo sie dann entsprechend vom Körper aufgenommen werden.

Sicher, der Weg ist noch weit bis zu einer finalen, stabilen Darreichungsform mit einem dieser Moleküle und der Beweis, dass dieses Konzept funktioniert muss noch erbracht werden, aber wer nichts wagt …

Unser ganzes Losan Team freut sich auf jeden Fall auf diese Herausforderung!

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