Langfristige Mikronadeltherapien sicherer machen

Forscher demonstrieren eine Technik zur zuverlässigen Beschichtung von Mikronadeln mit antibakteriellen Wirkstoffen

Obwohl viele Angst vor Nadeln haben, gibt es mikroskopisch kleine Nadeln, sogenannte Mikronadeln, die sich als Technologie für die schmerzlose und minimalinvasive transdermale Medikamentenverabreichung herausgestellt haben. Diese winzigen, nadelartigen Strukturen haben typischerweise eine Länge von 25 bis 1.000 Mikrometern und eine Breite von 10 bis 100 Mikrometern. Sie sollen die äußerste Hautschicht durchdringen und Medikamente oder therapeutische Substanzen in das darunter liegende Gewebe abgeben.

Mikronadeln finden in verschiedenen medizinischen Bereichen Anwendung, darunter Diabetesmanagement, Impfungen, Dermatologie und kosmetische Behandlungen. Darüber hinaus „haben sich Mikronadeln zu einer Plattform für die langfristige transdermale Medikamentenverabreichung mit einer Dauer von mehreren zehn Stunden oder Tagen entwickelt“, sagte Guang Yang, außerordentlicher Professor am College of Chemistry, Chemical Engineering and Biotechnology der Donghua University in China.

Eine solche lange Exposition birgt das Risiko einer Hautinfektion, da Bakterien durch den Durchgang von Mikronadeln in der Haut in das Gewebe gelangen können. Mit dem Ziel, langfristige Mikronadeltherapien sicherer zu machen, beschlossen Yang und seine Mitarbeiter, eine Beschichtungsmethode zum Hinzufügen antibakterieller Wirkstoffe zur Oberfläche von Mikronadeln zu untersuchen.

In einer kürzlich veröffentlichten Studie in Fortgeschrittene Werkstoffewiesen die Wissenschaftler nach, dass die Beschichtung der Oberfläche von Mikronadeln mit kommerziell erhältlichen antibakteriellen Nanopartikeln mithilfe einer Methode namens Langmuir-Blodgett-Technik eine anhaltende antibakterielle Wirkung bei gleichzeitiger Beibehaltung einer ähnlichen Ladung des zu verabreichenden Arzneimittels ermöglicht.

„Diese Studie berichtet über eine einfache und allgemeine Strategie zur Oberflächenbeschichtung von Mikronadeln mit einem funktionellen Nanopartikel-Dünnfilm mithilfe der Langmuir-Blodgett-Technik“, sagte Yang. „Wir glauben, dass diese Strategie eine neuartige Plattform zur Erweiterung der praktischen Anwendbarkeit und Multifunktionalität der Mikronadeltechnologie schafft.“

Herstellung antibakterieller Mikronadeln

Andere Technologien wurden auf antibakterielle Zwecke getestet. Die gebräuchlichste Methode besteht darin, die antibakteriellen Wirkstoffe zusammen mit dem therapeutischen Wirkstoff in den Körper der Mikronadel zu geben, hat jedoch den Nachteil, dass dadurch die Beladungskapazität verringert wird. Andere haben die Ablagerung antibakterieller Wirkstoffe auf der Mikronadeloberfläche getestet, stießen jedoch auf Probleme wie die Notwendigkeit komplizierter Methoden und eine ungleichmäßige und geringe Oberflächenbeschichtung.

Yangs Team entschied sich, die Langmuir-Blodgett-Beschichtungsmethode zu testen, eine einfache Technik, die nur Ethanol und Wasser erfordert. „Die Langmuir-Blodgett-Technik ist eine Möglichkeit, dünne Filme auf festen Substraten herzustellen“, sagte Yang.

Um diese Methode zu testen, beschichtete das Team Mikronadeln aus Poly(milchsäure-glykolsäure)-Material mit drei verschiedenen antibakteriellen Nanopartikeln: Zinkoxid, Silbernanopartikeln mit integrierten Siliciumdioxid-Nanosphären und zeolithischem Imidazolat-Gerüst-8. Durch mikroskopische, chemische und physikalische Analysen bestätigten die Wissenschaftler, dass die Oberflächen der beschichteten Mikronadeln gleichmäßig und gleichmäßig mit antibakteriellen Nanopartikeln bedeckt waren, während sie die gleiche Form wie unbeschichtete Mikronadeln beibehielten, was die Hautpenetrationsfähigkeit gewährleistet.

Prüfung antibakterieller Eigenschaften

Zunächst testeten Yang und das Team die Wirkstofffreisetzungseigenschaften ihrer beschichteten Mikronadeln anhand von Ibuprofen als Modellarzneimittel. Und als sie die Mikronadeln unter Laborbedingungen testeten, stellten sie keine Unterschiede zwischen beschichteten und unbeschichteten Mikronadeln hinsichtlich der Beladungskapazität und des Freisetzungsmusters von Ibuprofen über 20 Tage fest.

Um die antibakteriellen Eigenschaften ihrer beschichteten Mikronadeln zu testen, wählten sie dann ein Mausmodell einer bakteriellen Hautinfektion. Sie behandelten die infizierte Haut von Mäusen mit unbeschichteten und beschichteten Mikronadeln und verglichen histologische Merkmale nach vier Behandlungstagen. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Haut von Mäusen, die mit den beschichteten Mikronadeln behandelt wurden, keine Infektionseigenschaften aufwies, während die Haut von Mäusen, die mit unbeschichteten Mikronadeln behandelt wurden, Anzeichen einer bakteriellen Infektion zeigte.

Diese Experimente liefern Beweise dafür, dass die Beschichtung von Mikronadeln mit antibakteriellen Nanopartikeln mithilfe der Langmuir-Blodgett-Methode antibakterielle Eigenschaften verleiht, die für Langzeittherapien eingesetzt werden könnten. Dies ebnet nicht nur den Weg für die Entwicklung sichererer Therapien auf Mikronadelbasis, sondern eröffnet auch eine neue Möglichkeit, andere Moleküle in die Oberfläche von Mikronadeln einzubringen. „Neben Nanopartikeln sollen auch einige funktionelle Polymere zur Oberflächenbeschichtung von Mikronadeln eingesetzt werden, woran unser Team arbeitet“, sagte Yang.

Referenz: Ziyi Lu, et. al., Langmuir-Blodgett-vermittelte Bildung antibakterieller Mikronadeln für die langfristige transdermale Arzneimittelabgabe, Fortgeschrittene Materialien (2023). DOI: 10.1002/adma.202303388