Neue funktionelle Polymere zur Verbesserung von Wirkstoffen

Immer mehr neusynthetisierte Wirkstoffe haben eine schlechte orale Bioverfügbarkeit. Um dieses Problem zu lösen, beschäftigt sich die InnovAGe Promovendin Sara Kopilaš im Projekt FunktioPol unter der Betreuung von Prof. Dr. Heiko Schiffter-Weinle mit der Entwicklung und Charakterisierung neuer funktioneller Polymere zur Verbesserung der Verfügbarkeit, Wirksamkeit und Sicherheit von Wirkstoffen.

InnovAGe Doktorandin Sara Kopilas InnovAGe Doktorandin Sara Kopilas (Bild: Mi Steinbach - TH Köln)

Unter der oralen Bioverfügbarkeit versteht man den prozentualen Anteil eines oral verabreichten Wirkstoffs, der dem systemischen Kreislauf nach der Aufnahme unverändert zur Verfügung steht. Dabei wird die orale Bioverfügbarkeit von Wirkstoffen, vor allem durch ihre Löslichkeit, ihre Auflösungsgeschwindigkeit sowie ihre Permeabilität durch biologische Membranen bestimmt. In der Wirkstoffentwicklung ist die orale Bioverfügbarkeit ein entscheidender Faktor. Liegt eine gute orale Bioverfügbarkeit vor, ist nur  die notwendige Menge des oral zu verabreichenden Wirkstoffs erforderlich, um den gewünschten pharmakologischen Effekt zu erreichen. Eine schlechte orale Bioverfügbarkeit führt daher häufig dazu, dass Wirkstoffkandidaten es nicht auf den Markt schaffen, da es durch die erhöhten Wirkstoffmengen zu toxischen Nebenwirkungen kommt oder die Konzentration am „Wirkort“ nicht erreicht werden kann.

„Um neue Wirkstoffe für den Markt zugänglich zu machen müssen wir ihre orale Bioverfügbarkeit optimieren. Die Permeabilität eines Wirkstoffs zu verbessern ist jedoch nicht trivial. Die Löslichkeit hingegen, können wir durch die Interaktion mit funktionellen Polymeren beeinflussen. So wird es möglich die „Wirkstoffgrenzen“ zu verschieben und damit z.B. neue Antibiotika auf den Markt zu bringen.“, so die Nachwuchswissenschaftlerin Sara Kopilaš über ihr Promotionsprojekt. „Natürlich ist das Konzept der Löslichkeitsverbesserung durch den Einsatz von funktionellen Polymeren keine neue Erfindung und es sind schon einige Polymere auf dem Markt. Die Anzahl der Kandidaten ist allerdings begrenzt. Für die Wirtschaft bzw. die Industrie ist es zudem unwirtschaftlich neue Polymere zu entwickeln oder die bestehenden Polymere zu optimieren. Deshalb ist unsere Forschung so relevant. Zum einen ermöglichen wir durch unsere Arbeit  mehr Wirkstoffen ihren Einsatz auf dem Markt, zum anderen können wir durch eine Optimierung der oralen Bioverfügbarkeit bestehender Wirkstoffe mit neuen funktionellen Polymeren die Umwelt schonen, da dann geringere Wirkstoffmengen appliziert werden müssen. Mal ganz abgesehen von den verringerten toxischen Nebenwirkungen für den Patienten selbst.“

Um die genannten Ziele zu erreichen beschäftigt sich Sara Kopilaš deshalb während ihrer Promotion zunächst mit der Entwicklung neuer in vitro Auflösungs- und Freisetzungssysteme für die Vorhersage der Bioverfügbarkeit von peroral applizierten Wirkstoffen. „Die Etablierung eines Testsystems ist die Voraussetzung für alle weiteren Arbeiten. Erst dann kann ich im weiteren Verlauf die Interaktionen zwischen den Wirkstoffen und den Polymeren mittels physikochemischer Analysenmethoden untersuchen. Diese Ergebnisse wiederrum geben uns Antworten auf die zentrale Frage, warum welche Polymere besonders geeignet sind. Wir verstehen dann die Interaktionen zwischen den Polymeren und den Wirkstoffen besser. Auf Grund dieser Erkenntnisse können wir gezielt innovative Arzneistoffformulierungen auf Basis neuer polymerer Hilfsstoffe für schwerlösliche Wirkstoffe herstellen und physiochemisch charakterisieren.“, sagt Sara Kopilaš über ihr Promotionsprojekt. Im weiteren Verlauf ist zusätzlich geplant die hergestellten Zubereitungen hinsichtlich ihrer chemischen, physikalischen und mikrobiologischen Stabilität im Labormaßstab zu überprüfen.

Begeistert ist die Nachwuchsforscherin vor allem von der Vielfältigkeit ihres Projekts: „In meinem Projekt kooperieren wir nicht nur innerhalb der TH Köln und der Fakultät für Angewandte Naturwissenschaften, sondern auch mit Prof. Dr. Geoffrey Lee von der Universität Erlangen und Prof. Dr. M. Karg von der Universität Düsseldorf. Viele verschiedene Personen und wissenschaftliche Disziplinen sind an meinem Projekt beteiligt. Dadurch wird das Gesamtprojekt nicht nur aus einer Blickrichtung, sondern aus vielen verschiedenen Winkeln betrachtet. Dies macht das Projekt sehr lebendig und vielfältig. Besonders gefällt mir außerdem, dass ich viel Neues ausprobiere und für meine Arbeit neue Methoden entwickle. Dabei muss und darf ich sehr häufig neue Wege gehen, was unglaublich spannend ist.“

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