Dosierte Wirkstoffabgabe

Millionen von Nano-Bläschen bieten ein großes Speichervolumen für Medikamente, womit Abstoßungsreaktionen von medizinischen Implantaten weitgehend verhindert werden sollen.

Stents sind medizinische Implantate, die beispielsweise verhindern sollen, dass sich eine Arterie nach einem Eingriff erneut verengt. Ein Problem der Stents ist die Verträglichkeit mit biologischem Gewebe, denn Fremdkörper werden vom menschlichen Körper abgestoßen. Im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) wurde ein neues Verfahren für metallische Stents entwickelt, mit dem deren Oberfläche extrem nanoporös wird. Millionen von Nano-Bläschen bieten für einen längeren Zeitraum als bisher ein sehr großes Speichervolumen für medikamentöse Wirkstoffe, womit Abstoßungsreaktionen weitgehend verhindert werden sollen.

Stents sind medizinische Implantate, die beispielsweise verhindern sollen, dass sich eine Arterie nach einem Eingriff erneut verengt. Ein Problem der Stents ist die Verträglichkeit mit biologischem Gewebe, denn Fremdkörper werden vom menschlichen Körper abgestoßen. Im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD) wurde ein neues Verfahren für metallische Stents entwickelt, mit dem deren Oberfläche extrem nanoporös wird. Millionen von Nano-Bläschen bieten für einen längeren Zeitraum als bisher ein sehr großes Speichervolumen für medikamentöse Wirkstoffe, womit Abstoßungsreaktionen weitgehend verhindert werden sollen. Einer der Marktführer von Stents, die Boston Scientific Corporation (USA), setzt genau auf dieses Verfahren zur dosierten Medikamentenabgabe direkt vor Ort in den Gefäßen.

Stents (engl. bergmännisch für Abstützung) werden in bestimmte Organe eingebracht, um beispielsweise verengte Organwände ringsum zu stützen. Bei Gefäß-Stents handelt es sich um ein kleines Gittergerüst in Röhrchenform aus Metall oder Kunststoff. Ein Problem der Stents ist die Verträglichkeit mit biologischem Gewebe: Bei etwa 20 bis 30 Prozent der Patienten führen Abstoßungsreaktionen dazu, dass solche Gefäß-Stents regelrecht zuwuchern. Seit Ende der 1990er Jahre gibt es deshalb eine Weiterentwicklung für die Verwendung von Gefäßstents, die mit verschiedenen Substanzen beschichtet sind. Ein solcher „drug eluting stent“ setzt kleine Mengen bestimmter Arzneistoffe frei, die die Zellneubildung hemmen. Solche Stents werden in Deutschland seit 2002 neben dem konventionellen unbeschichteten Stent („bare metal stent“) vor allem zur Therapie der koronaren Herzkrankheit eingesetzt. Besonders wirksam ist der Einsatz Medikamente-freisetzender Stents bei Diabetikern. Sie stellen bis zu 30 % der interventionell behandelten Koronarpatienten dar und gelten als Hochrisikopatienten für erneute Verengungen.

Abb.: Rasterelektronenmikroskopische Draufsicht auf die modifizierte nanoporöse Edelstahloberfläche: Die Erhöhung der implantierten Ionendosis resultiert in der Bildung von nanoporösen Schichten mit Inseln und Erhebungen. (Quelle: FZD)

Physiker und Chemiker im Forschungszentrum Dresden-Rossendorf entwickelten nun eine neuartige Methode, um extrem kleine Poren von einigen zehn bis einigen hundert Nanometern Durchmesser (ein Nanometer entspricht einem Millionstel Millimeter) in großer Menge in der Oberfläche von Edelstählen zu erzeugen. Natalia Shevchenko und Andreas Kolitsch aus dem Ionenstrahlzentrum des FZD beschießen die Oberfläche eines Stent allseitig mit einem sehr hohen Fluss von Edelgas-Ionen und erzeugen damit im Material unter der Oberfläche ein Skelett aus Nano-Bläschen. Mithilfe der Ionenenergie, der Menge der implantierten Ionen und der Temperatur während des Prozesses kann die erwünschte Porösität, Porengröße und -tiefe exakt eingestellt werden. In diese nano-poröse Hohlraumstruktur an der Edelstahloberfläche können hochwirksame Arzneimittel zur bioverträglichen Implantation der Stents in den menschlichen Körper in wesentlich größerer Menge und somit für längere Zeiten deponiert werden. Die im FZD entwickelte Methode wird von der Boston Scientific Corporation als Plattform-Technologie für die nächste Generation von „drug-eluting stents“ gewertet. Entsprechend haben das Forschungszentrum Dresden-Rossendorf und die Boston Scientific Corporation Kooperationsverträge und gemeinsame Patente unterzeichnet. Ziel der Forschung ist die Weiterentwicklung und die industrielle Etablierung des Verfahrens.

Quelle: Forschungszentrum Dresden-Rossendorf

Weitere Infos:

• Forschungszentrum Dresden-Rossendorf (FZD):
  http://www.fzd.de
• Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung, FZD:
  http://www.fzd.de/db/Cms?pNid=141