Herstellung formspezifischer polymerer Nanopartikel sowie Untersuchung derer Verteilung und Toxikologie nach pulmonaler Applikation in der Mauslunge

Die Verkapselung therapeutischer Wirkstoffe in polymeren Partikeln wurde in der Vergangenheit erfolgreich für die Herstellung von neuen Wirkstoffträgersystemen für das Targeting (Bestimmung des Ziel- und Wirkortes) sowie für den Controlled Release (zeitlich steuerbare Wirkstofffreisetzung) genutzt. Für die Beeinflussung und Optimierung des in vivo Verhaltens (im lebenden Organismus) derartiger wirkstofftragender Partikel standen bisher vor allem Designparameter wie Partikelgröße, Polymertyp und Oberflächenchemie im Vordergrund des Interesses.

Der Designparameter Partikelform, von welchem ebenfalls ein großer Einfluss auf das in vivo-Verhalten wirkstofftragender Partikel anzunehmen ist, wurde bisher nicht sorgfältig untersucht. Der Grund dafür ist vor allem in der limitierten Verfügbarkeit von Techniken für die Herstellung von nicht-sphärischen polymeren Partikeln zu suchen. Die einmaligen physikochemischen Eigenschaften derartiger Partikel bieten aber deutliche Vorteile als neue Wirkstoffträgersysteme. So zeigen erste Untersuchungen, dass ein rationales Design der Wirkstoffträgersysteme eine Kontrolle über das in vivo Verhalten erlaubt und sich damit durch die gezielte Steuerung der Partikelform von Wirkstoffträgersystemen das Targeting und Zellaufnahme optimieren lässt. Es sind bisher nur wenige Ansätze für die Herstellung formspezifischer polymerer nanopartikulärer Wirkstoffträgersysteme beschrieben worden.

Die Schlüsseltechnologie, um eine monodisperse Verteilung polymerer Nanopartikel reproduzierbar und für weiterführende Zellexperimente in ausreichender Quantität herzustellen, stellt die NanoImprint-Technologie dar. Dieses Forschungsgebiet – speziell 3D-Imprint - ist im INA etabliert und wird mit sehr hoher Genauigkeit auch in anderen Projekten angewendet. Mithilfe der NanoImprint-Technologie können Designparameter wie Größe und Material, sowie auch die Form der Partikel exakt eingestellt und in einem breiten Spektrum kontrolliert variiert werden. Daher wird es Aufgabe des INA sein einen NanoImprint-Prozess zur Herstellung der polymeren Nanopartikel unterschiedlicher Formen und Größen zu entwickeln und zu optimieren sowie die Nanopartikel auf ihre physikalischen Eigenschaften hin zu charakterisieren.

Die biopharmazeutischen Untersuchungen (in vitro/vivo) wie auch die medizinischen Untersuchen an externen Tierlungen (ex vivo) werden derzeitig in der Zusammenarbeit mit Gruppen der Universitätsklinik Gießen-Marburg und der Justus-Liebig-Universität Gießen durchgeführt.

Dieses Projekt gründet auf einer Kooperation des Instituts für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie (Fachbereich 16 Pharmazie, Philipps-Universität Marburg) und dem Zentrum für Innere Medizin (Justus-Liebig-Universität Gießen, Universitätsklinikum Gießen-Marburg) mit dem Institut für Nanostrukturtechnologie und Analytik (INA, Universität Kassel).

Weitere Themen zu Funktionale 3D Partikel:  Magnetische Nanopartikel (Prof. Ehresmann, Fachgebiet Dünne Schichten und Synchrotronstrahlung, Universität Kassel); Entwicklung eines neuartigen Self-Alignend NanoShaping (SANS) Prozess für das vollständige 3D Prägen von Mikro- und Nanopartikel.

Ausgewählte Publikationen:

S. Reuter ; A. Istock ; M. Smolarczyk ; U.-M. Ha ; O. Schneider ; L. Gomer ; H. Hillmer: Fabrication of 2D and 3D Shaped Micro- and Nanoparticles via Substrate Conformal Imprint Lithography. In: Technical Digest of 13th Int. Conf. Nanoimprint and Nanoprint Technology (NNT2014) (2014), 34P-4-22

S. Schudy ; L. Gomer ; M.A. Smolarczyk ; T. Sharbatitehrani ; H. Hillmer: Replica Molding Techniques for Large Area Application of Nanoimprint with Soft Stamps. In: ICMAT 2013 (2013), Symposium M, ICMAT 13-A-1536

S. Schudy ; M.A. Smolarczyk ; L. Gomer ; A.T. Istock ; O. Schneider ; N. Worapattrakul ; F. Pilger; H. Hillmer: Polymer nanoparticles shaped in two and three dimensions by substrate conformal imprint lithography. In: ICMAT 2013 (2013), Symposium H, ICMAT 13-A-1528

S. Schudy ; M. A. Smolarcyk ; H. H. Hillmer ; N. Worapattrakul ; F. Pilger: Nano-Formgebungsstruktur. Patent: DE 102011054789 A1 (2011), WO 2013/060618 A1 (2011), EP 2771161 (2014).

Weitere Informationen zum Patent: http://www.gino-innovativ.de/de/patente.asp - Eintrag: TE_015[2012] 3D-Nanoabformung

Weitere Publikationen der Technischen Elektronik

Ansprechpartner: Uh-Myong Ha, Sabrina Reuter