Nanotechnologie der Covid-19-Vakzinen |
Nanotechnologie beschreibt die Herstellung von Materialien und Systemen mit einer Dimension im Nanometerbereich (10-9 m = 1 Millionstel Millimeter) (2). Streng definiert sollte die Größe der Strukturen unter 100 nm liegen. Dies ist allerdings keine starre Grenze, sodass auch größere Strukturen als Nanopartikel bezeichnet werden. Vielmehr ist entscheidend, dass die nanoskalige Dimension den Materialien neue Eigenschaften verleiht. So verliert die Längenausdehnung in diesem Größenbereich an Bedeutung und die immense Zunahme der Oberfläche bestimmt die Materialeigenschaften. Oberflächeneffekte wie Adsorption oder Benetzungseigenschaften treten verstärkt hervor. Dies bezeichnet man als größeninduzierte Funktionalität.
In der Elektronik und der Chemie ist die Nanotechnologie bereits fest verankert. / Foto: Adobe Stock/Mihail
In der pharmazeutisch-medizinischen Anwendung spricht man allgemein von Nanotechnologie, wenn die Strukturen kleiner als 1 Mikrometer (10-6 m) sind. Zum Vergleich: Die meisten Arzneiformen, mit denen Apotheker in ihrem Beruf heute konfrontiert werden, haben Ausmaße im Millimeter- oder Zentimeterbereich.
Da die Nanotechnologie die Eigenschaften von Materialien gezielt verändern kann, ist sie in vielen Bereichen besonders wichtig. Unter dem Gesichtspunkt des Marktvolumens hat Nanotechnologie heute sicherlich die größte Bedeutung in der Elektronik und Chemie. Sowohl bei der Herstellung von Computerchips als auch bei Speichermedien kommt sie zum Einsatz und ermöglicht eine immer größere Leistungsfähigkeit der Systeme. In der Chemie sei beispielsweise auf nanotechnologische Oberflächenbeschichtungen verwiesen, die Stoffe schmutzunempfindlich machen, und auf nanopartikuläre Zusätze in Kunststoffen und Gummimischungen, die den Materialien ihre speziellen Eigenschaften wie Schlagfestigkeit, Antistatik oder Haftfähigkeit geben.
Nanotechnologische Aspekte werden bereits vielfach in unterschiedlichen Arzneimitteln genutzt. So werden niedermolekulare Arzneistoffe seit Jahren in nanostrukturierte Trägersysteme verpackt, um deren Körperverteilung zu beeinflussen und die Wirkstoffe in erkrankte Körperregionen zu transportieren (2). Zu diesen Trägersystemen zählen Lipidvesikel wie kugelförmige Liposomen oder auch feste Trägersysteme in Form von Nanopartikeln und Nanokapseln (Abbildung 1). Aufgrund ihrer geringen Größe kann eine gezielte Anreicherung des inkorporierten Wirkstoffs in Organen, Geweben oder erkrankten Körperstellen (Drug Targeting) erreicht werden.
Liposomen (aus dem Griechischen; lipos: Fett, soma: Körper) sind kugelförmige Lipidvesikel im typischen Größenbereich von 50 bis 200 nm, bei denen eine oder mehrere doppelschichtige Membranen aus Phospholipiden und Cholesterol einen wässrigen Kern einschließen (Abbildung 1). Seit mehr als 20 Jahren sind mehrere Zytostatika-haltige Arzneimittel auf Basis von Liposomen auf dem Markt (Beispiele: DaunoXome®, Myocet®, Doxil®/Caelyx®), die eine Optimierung der Tumortherapie versprechen.
Abbildung 1: Struktureller Aufbau von Liposomen und Lipidnanopartikeln (LNP); modifiziert nach: www.precisionnanosystems.com/workflows/formulations / Foto: PZ/Stephan Spitzer
Mit Abraxane® hat ein erstes Produkt den Weg in den Markt gefunden, bei dem Paclitaxel als an Albumin gebundene Nanopartikel-Formulierung vorliegt. In den USA erhielt die von Abraxis BioScience Inc. entwickelte Zubereitung 2005 die Zulassung der FDA für die Indikation »metastasierender Brustkrebs«. Von der European Medicines Agency (EMA) wurde das Medikament im Januar 2008 zur Behandlung von metastasierendem Brustkrebs bei Patientinnen zugelassen, bei denen die erste Behandlung nicht mehr anschlägt und eine Standardbehandlung mit einem Anthracyclin nicht angezeigt ist. Nachdem das Produkt in Europa anfänglich in einer Zusammenarbeit der Unternehmen Abraxis BioScience Inc. und Astra-Zeneca vertrieben wurde, wird es aktuell von Celgene Europe B.V., einer Tochtergesellschaft von Bristol Myers Squibb, vermarktet.
Aber Nanotechnologie ist bei Arzneimitteln nicht immer gleichbedeutend mit der Verpackung eines Wirkstoffs in Trägersysteme. So werden nanonisierte Wirkstoffe auch in »klassischen« Tablettenformulierungen eingesetzt, um die Auflösungs- und Löslichkeitseigenschaften schwer wasserlöslicher Substanzen zu optimieren. Durch eine Vermahlung von Wirkstoffpartikeln kann bei dem schlecht löslichen Lipidsenker Fenofibrat sogar eine Reduktion der Einzeldosis erzielt werden. Während für Fenofibrat in der Standardformulierung eine Einzeldosis von 200 mg eingesetzt wird (Lipidil® 200 mg), kann die Dosis durch Mikronisierung auf 160 mg (Lipidil-Ter® 160 mg) und durch Nanonisierung sogar auf 145 mg (Lipidil 145 ONE®) reduziert werden.
Das Virus SARS-CoV-2 hat unsere Welt verändert. Seit Ende 2019 verbreitet sich der Erreger von Covid-19 und stellt die Wissenschaft vor enorme Herausforderungen. Sie hat sie angenommen und rasch Tests und Impfungen, auch für Kinder, entwickelt. Eine Übersicht über unsere Berichterstattung finden Sie auf der Themenseite Coronavirus.
