Wie ein Saugnapf Medikamente ins Blut befördert

Viele Medikamente gegen Diabetes, Fettleibigkeit oder Prostatakrebs bestehen aus relativ grossen Molek¨¹len wie Peptiden. Patient:innen k?nnen diese Arzneimittel meistens nicht als Tablette schlucken, da die Wirkstoffe im Verdauungstrakt abgebaut werden oder zu gross bleiben, um in den Blutkreislauf zu gelangen. Sie haben daher keine andere Wahl, als sich die Medikamente injezieren zu lassen.

Eine Gruppe von ETH-Forschenden um David Klein Cerrejon und Nevena Paunovi?, die beide an der Professur f¨¹r Arzneimittelformulierung und -verabreichung von Jean-Christophe Leroux arbeiten, hat nun einen Saugnapf entwickelt, mit dem auch grosse Molek¨¹le wie Peptide ¨¹ber die Wangenschleimhaut im Mund in den Blutkreislauf gelangen.

?Es handelt sich um eine v?llig neue Methode zur Verabreichung von Medikamenten, die Millionen von Menschen die schmerzhafte oder unangenehme Erfahrung einer Injektion ersparen k?nnte?, sagt Paunovi?, die eines der begehrten Pioneer Fellowships der ETH Z¨¹rich erhalten hat. Ihr Ziel: Den Saugnapf mit dem Start-up Transire Bio auf den Markt zu bringen.

Die ?berwindung der Wangenschleimhaut

Die Schleimhaut auf der Innenseite unserer Wangen eignet sich in der Regel nicht besonders gut, um Medikamente in den Blutkreislauf zu bringen. Vor allem f¨¹r gr?ssere Molek¨¹le wie Peptide ist das dicke Gewebe bis anhin ein zu grosses Hindernis. Der rund ein Zentimeter breite und sechs Millimeter hohe Saugnapf der ETH-Forschenden soll dies nun ?ndern.

Patient:innen dr¨¹cken ihn mit zwei Fingern an die Wangenschleimhaut. Durch den entstehenden Unterdruck dehnt sich die Schleimhaut und wird so durchl?ssiger f¨¹r die Wirkstoffformulierung, die sich im kuppelf?rmigen Hohlraum des Saugnapfes befindet. Doch das allein reicht noch nicht aus, um die Blutgef?sse zu erreichen.

Daher f¨¹gen die Forschenden dem Wirkstoff einen k?rpereigenen Stoff bei, der die Zellmembranen auflockert, sodass der Wirkstoff in tiefere Gewebeschichten eindringen kann. Patient:innen tragen den Saugnapf f¨¹r ein paar Minuten an der Innenseite der Wange. In dieser Zeit kann der durch Speichel aufgel?ste Wirkstoff ¨¹ber die nun durchl?ssige Schleimhaut direkt ins Blut gelangen.

Im Vergleich zu den wenigen auf dem Markt verf¨¹gbaren Peptiden, die oral eingenommen werden, kann mit dem Saugnapf der ETH-Forschenden eine grosse Bandbreite an unterschiedlichen Arzneimitteln verabreicht werden, ohne dass es daf¨¹r gr?ssere technologische Anpassungen braucht.

Vom Pfefferkorn zum Saugnapf

Die Idee f¨¹r den Saugnapf hatte Zhi Luo, damals Postdoc bei ETH-Professor Leroux und heute selbst Professor in China, bei einem Abendessen mit Freunden, als pl?tzlich ein halbes Pfefferkorn in seiner Mundh?hle kleben blieb. Diese Erfahrung war zwar unangenehm, brachte ihn aber auf die Idee, wie man Medikamente auf glitschigen Oberfl?chen fixieren kann. Doch von der Idee bis zum ersten Prototyp galt es noch einige Probleme zu l?sen.

Die gr?sste Herausforderung bestand darin, die passende Form f¨¹r den Saugnapf zu finden: ?Wir mussten ermitteln, welche Geometrie und wie viel Unterdruck notwendig ist, damit der Saugnapf an der Wangenschleimhaut h?lt und diese stark genug dehnt, ohne sie zu verletzen?, sagt Klein Cerrejon. Daf¨¹r waren neben einigen Prototypen, welche die Forschenden entwickelten und selbst mit dem 3D-Drucker produzierten, vor allem zahlreiche Tests an Wangenschleimh?uten von Schweinen notwendig.

Auch f¨¹r den, die Zellmembran auflockernden Wirkstoff testeten die Forschenden zahlreiche Stoffe in unterschiedlicher Konzentration. Sie untersuchten unter dem Mikroskop, wie tief unterschiedliche Mischungen in das Gewebe eindrangen. ?Da es sich beim Saugnapf um eine v?llig neue Verabreichungsmethode handelt, mussten wir lange experimentieren, bevor wir die passende Substanz fanden. Es stellte sich heraus, dass sich nat¨¹rliche und k?rpereigene Stoffe hervorragend f¨¹r diese Aufgabe eignen?, so Klein Cerrejon.

Tests an Hunden und Menschen

Anschliessend testeten die Forschenden den Saugnapf und das auflockernde Mittel in bewilligten Tierversuchen an Hunden, da deren Wangenschleimhaut jener von Menschen gleicht. Die Hunde kamen dabei nicht zu Schaden. Diese Ergebnisse stimmten die Forschenden positiv: ?Wir sahen anhand von Blutproben, dass der Saugnapf das Arzneimittel effektiv in die Blutbahn der Hunde bef?rdert?, erkl?rt Klein Cerrejon.

Dar¨¹ber hinaus testeten die Forschenden den Saugnapf ohne F¨¹llung bereits an 40 Personen. Dieser blieb nicht nur 30 Minuten an den Wangen der Probanden haften, sondern wurde von diesen auch positiv bewertet. Die allermeisten Probanden gaben an, dass sie die neue Verabreichungsform einer Injektion deutlich vorziehen w¨¹rden.

Am Weg zum Markteintritt

Nevena Paunovi?, die bei Leroux doktorierte, selbst Pharmazeutin ist und bereits bei einem grossen Pharmaunternehmen arbeitete, wird das Projekt von nun an als Pioneer Fellow vorantreiben. ?Wir haben einen Prototyp und eine Technologie, die bereits patentiert ist. Als n?chstes gilt es, den Saugnapf so produzieren, dass er den g?ngigen pharmazeutischen Vorschriften gerecht wird?, sagt die Wissenschaftlerin.

Anschliessend m¨¹ssen die Forschenden noch weitere Tests durchf¨¹hren, bevor sie die neue Verabreichungsform bei gesunden Freiwilligen testen k?nnen. Bis der Saugnapf am Markt ist, gilt es noch einige regulatorische H¨¹rden zu nehmen. Daf¨¹r brauchen die Forschenden starke Partner und gen¨¹gend finanzielle Mittel. Da Peptide f¨¹r die Pharmaindustrie einen Milliardenmarkt darstellen, haben schon einige Firmen Interesse bekundet.