Viele Medikamente müssen als langsame intravenöse Infusion und nicht als schnelle Injektion verabreicht werden, was frustrierend und unbequem sein kann. Dies könnte sich jedoch dank neuer Verbesserungen der bestehenden „Sprühtrocknungs“-Technologie bald ändern.
Medikamente auf Proteinbasis werden häufig zur Behandlung von Erkrankungen wie bestimmten Krebsarten, Stoffwechselstörungen und Autoimmunerkrankungen eingesetzt und müssen in großen Dosen eingenommen werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen.
Wenn diese Medikamente in solch hohen Konzentrationen in einem einzigen Injektionsvolumen Trägerflüssigkeit gelöst werden, können die Proteinmoleküle leider verklumpen, wodurch die Mischung zu viskos wird, um sicher injiziert zu werden. Daher muss eine stärker verdünnte Dosis über mehrere Stunden hinweg intravenös verabreicht werden.
Um dieses Problem zu lösen, entwickelten Associate Professor Eric Appel von der Stanford University und Kollegen ein biokompatibles Polyacrylamid-Copolymer namens MoNi. Im Gegensatz zu den meisten bestehenden pharmazeutischen Zusatzstoffen weist es eine ungewöhnlich hohe Glasübergangstemperatur auf. Das bedeutet, dass es bei hohen Temperaturen hart und glasig bleibt, anstatt weich und schleimig zu werden.
Die Wissenschaftler kombinierten MoNi mit Wasser und therapeutischen Proteinen, darunter Albumin, menschliche Immunglobuline und monoklonale Antikörper, die zur Behandlung von COVID-19 eingesetzt werden.
Anschließend sprühten sie die Mischung auf die Oberfläche, um aerosolisierte Tröpfchen zu bilden, die das Wasser in den Tröpfchen verdampften. Durch diesen Prozess entsteht ein feines Pulver aus winzigen Partikeln – jedes besteht aus einem Proteinkern, der von einer glatten Molybdän-Nickel-Hülle umhüllt ist.
Im letzten Schritt wird das Pulver mit einer Trägerflüssigkeit vermischt, in der die Partikel suspendiert bleiben und nicht verklumpen. Damit erreichten die Forscher Proteinkonzentrationen von über 500 Milligramm pro Milliliter. Mit anderen Worten: Die Flüssigkeit enthält mehr als 50 Gewichtsprozent Wirkstoff, also doppelt so viel wie bei früheren Injektionen.
Ja, die Mischung bleibt flüssig genug, um „reibungslos und einfach“ injizieren zu können. Darüber hinaus löst sich die Formel von MoNi auf, sobald sie in den Blutkreislauf gelangt.
Sprühgetrocknete Proteinpartikel ohne MoNi-Beschichtung bilden eine pastöse Substanz (links), wohingegen sprühgetrocknete Proteinpartikel mit MoNi-Beschichtung eine injizierbare Suspension bilden, die wie eine Flüssigkeit fließt (rechts).
„Dies ist eine Plattform, die potenziell mit jedem biologischen Medikament kompatibel ist, sodass wir es problemlos injizieren können“, sagte Appel. „Dadurch sind diese Behandlungen nicht mehr eine Tortur mit intravenösen Infusionen, die in der Klinik Stunden dauerten, sondern können zu Hause in Sekundenschnelle mit einem Autoinjektor durchgeführt werden.“
Die Forschung wurde in einem Artikel veröffentlicht, der kürzlich in der Zeitschrift Science Translational Medicine veröffentlicht wurde.