Was exzellent vernetzt ist

Hydrogele haben in der Pharmazie und auch in der Medizintechnologie zahlreiche Anwendungen gefunden. Sie dienen als dermale Füllstoffe und Weichteil-Implantate in der kosmetischen Chirurgie, als dreidimensionale Gerüste zur Förderung der Stammzelldifferenzierung bei Zelltransplantationen sowie als injizierbare Carrier für die lokale Freisetzung von Peptiden und Proteinen.

Susanne Kirchhof vom Lehrstuhl für Pharmazeutische Technologie an der Universität Regensburg konzentriert ihre Untersuchungen auf die Entwicklung injizierbarer Hydrogele als lokale Freisetzungssysteme für Proteine, z.B. zur Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration, die normalerweise eine einmal monatliche intraokulare Injektion erfordert.

Für die Vernetzung von Hydrogel und Wirkstoff und dessen verzögerte Freisetzung in seiner aktiven Form müssen geeignete Reaktionen gefunden werden. Dabei sind die Dichte der Vernetzung, der Abbau des Hydrogels und etwaige Protein-Polymer-Interaktionen zu berücksichtigen. Bisherige Systeme erfüllen alle diese Voraussetzungen nur teilweise.

Auf der Suche nach einer adäquaten Vernetzungsreaktion, mit der schnell und zuverlässig eine einheitliche Netzwerkarchitektur erzielt werden kann, hat sich bei Kirchhofs Experimenten die Diels-Alder-Reaktion als typische „Click-Reaktion“ als optimal erwiesen. Sie läuft unter milden Reaktionsbedingungen ab, erfordert keine Katalysatoren und Initiatoren, ermöglicht eine exzellente Kontrolle über die Maschenweite, und bei pH-Werten < 7 zeigen sich keine Quer-Reaktionen mit inkorporierten sensitiven Wirkstoffen wie Peptiden, Proteinen oder lebenden Zellen.

Abbildung: Mit Maleimid-Gruppen (blau) und Furyl-Gruppen funktionalisierte Makromonomere (rot) reagieren unter physiologischen Bedingungen (wässriges Milieu, pH 7.4, 37 °C) zu kovalent quervernetzten Hydrogelen.

Als Rohmaterial wird verzweigtes Polyethylenglykol verwendet, das mit Furyl- und Maleimid-Gruppen funktionalisiert wird, woraus sich zwei komplementäre Typen von Makromonomeren ergeben. Mischungen der beiden Typen erzeugen innerhalb weniger Minuten hochelastische Gele mit einer geringen Quellfähigkeit. Prüfungen auf rheologische Eigenschaften, Quellfähigkeit und Abbaubarkeit haben bereits vielversprechende Ergebnisse geliefert.

Text: Dr. Claudia Bruhn (Dorfstr. 60, 17291 Randowtal) und Dr. Helga Blasius (Eifelweg 40, 53424 Remagen). Erschienen am 01.11.2012 in der Deutschen Apotheker Zeitung Nr. 44, 152. Jahrgang. Abdruck mit freundlicher Genehmigung des Deutschen Apotheker Verlags. Abbildung: Lehrstuhl für Pharmazeutische Technologie der Universität Regensburg