Viele Medikamente gegen Diabetes, Fettleibigkeit oder Prostatakrebs bestehen aus relativ großen Molekülen wie Peptiden. Patienten können 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 injizieren zu lassen.
Eine Gruppe von ETH-Forschenden um David Klein Cerrejon und Nevena Paunović hat nun einen Saugnapf entwickelt, mit dem auch große Moleküle wie Peptide über die Wangenschleimhaut im Mund in den Blutkreislauf gelangen. „Es handelt sich um eine völlig neue Methode zur Verabreichung von Medikamenten, die Millionen von Menschen die schmerzhafte oder unangenehme Erfahrung einer Injektion ersparen könnte“, sagt Paunović. Sie hat eines der begehrten Pioneer Fellowships der ETH Zürich erhalten und arbeitet wie Klein Cerrejon an der Professur für Arzneimittelformulierung und -verabreichung von Jean-Christophe Leroux. Paunović hat nun ein Ziel: Sie will den Saugnapf mit dem Start-up Transire Bio auf den Markt bringen.
Die Schleimhaut auf der Innenseite unserer Wangen eignet sich allerdings in der Regel nicht besonders gut, um Medikamente in den Blutkreislauf zu bringen. Vor allem für größere Moleküle wie Peptide ist das dicke Gewebe bisher ein zu großes Hindernis. Der rund 1 cm breite und 6 mm hohe Saugnapf der ETH-Forschenden soll dies ändern.
Unterdruck dehnt Schleimhaut und macht sie durchlässiger
Patienten drücken ihn mit zwei Fingern an die Wangenschleimhaut. Durch den entstehenden Unterdruck dehnt sich die Schleimhaut und ist so durchlässiger für die Wirkstoffformulierung, die sich im kuppelförmigen Hohlraum des Saugnapfes befindet. Doch das allein reicht noch nicht aus, um die Blutgefäße zu erreichen.
Daher fügen die Forschenden dem Wirkstoff einen körpereigenen Stoff bei, der die Zellmembranen auflockert. So kann der Wirkstoff in tiefere Gewebeschichten eindringen. Patienten tragen den Saugnapf für ein paar Minuten an der Innenseite der Wange. In dieser Zeit kann der durch Speichel aufgelöste Wirkstoff über die nun durchlässige Schleimhaut direkt ins Blut gelangen.
Im Vergleich zu den wenigen auf dem Markt verfügbaren Peptiden, die Patienten oral einnehmen, kann mit dem Saugnapf der ETH-Forschenden eine große Bandbreite an unterschiedlichen Arzneimitteln verabreicht werden, ohne dass es dafür größere technologische Anpassungen braucht.
Ein Abendessen mit Freunden führte zur entscheidenden Idee
Die Idee für den Saugnapf hatte Zhi Luo, damals Postdoc bei ETH-Professor Leroux und heute selbst Professor in China. Bei einem Abendessen mit Freunden blieb ihm plötzlich ein halbes Pfefferkorn in seiner Mundhöhle kleben. Diese Erfahrung war zwar unangenehm, brachte ihn aber auf die Idee, wie man Medikamente auf glitschigen Oberflächen fixieren kann. Doch von der Idee bis zum ersten Prototyp galt es noch einige Probleme zu lösen.
Die größte Herausforderung bestand darin, die passende Form für den Saugnapf zu finden: „Wir mussten ermitteln, welche Geometrie und wie viel Unterdruck notwendig ist, damit der Saugnapf an der Wangenschleimhaut hält und diese stark genug dehnt, ohne sie zu verletzen“, sagt Klein Cerrejon. Dafür waren neben einigen Prototypen, welche die Forschenden entwickelten und selbst mit dem 3D-Drucker produzierten, vor allem zahlreiche Tests an Wangenschleimhäuten von Schweinen notwendig.
Statt Pieks mit der Spritze saugt die neue Lösung von innen an der Wange
Auch für 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 völlig neue Verabreichungsmethode handelt, mussten wir lange experimentieren, bevor wir die passende Substanz fanden. Es stellte sich heraus, dass sich natürliche und körpereigene Stoffe hervorragend für diese Aufgabe eignen“, so Klein Cerrejon.
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 befördert“, erklärt Klein Cerrejon.
Darüber hinaus testeten die Forschenden den Saugnapf ohne Füllung bereits an 40 Personen. Dieser blieb nicht nur 30 min an den Wangen der Probanden haften – und die Probanden haben ihn positiv bewertet. Die allermeisten von ihnen gaben an, dass sie die neue Verabreichungsform einer Injektion deutlich vorziehen würden.
Prototyp und Technologie gibt es – Produktion soll folgen
Nevena Paunović, die bei Leroux promovierte, 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 nächstes gilt es, den Saugnapf so zu produzieren, dass er den gängigen pharmazeutischen Vorschriften gerecht wird“, sagt die Wissenschaftlerin.
Anschließend müssen die Forschenden noch Tests durchführen, bevor sie die neue Verabreichungsform bei gesunden Freiwilligen testen können. Bis der Saugnapf am Markt ist, gilt es noch regulatorische Hürden zu nehmen. Dafür brauchen die Forschenden starke Partner und genügend finanzielle Mittel. Da Peptide für die Pharmaindustrie einen Milliardenmarkt darstellen, haben schon einige Unternehmen Interesse bekundet. (op)
