Die meisten Impfungen und auch viele pharmazeutische Wirkstoffe gelangen per Injektion in den Körper. Die orale Verabreichung ist oft schwierig, denn viele Wirkstoffe sind einfach nicht stabil genug, um die Magensäure zu überstehen und ihren Zielort intakt zu erreichen. Außerdem werden oral eingenommene Medikamente oftmals nur in sehr geringen Mengen vom Darm aufgenommen, das heißt, sie haben eine niedrige Bioverfügbarkeit. Deshalb müssen sie hochdosiert eingenommen werden, was wiederum lokal für große Komplikationen sorgt – man denke beispielsweise an die Irritationen der Darmflora bei der Einnahme von Antibiotika.
Um die Stabilität, zum Beispiel von Impfstoffen wie den mRNA-Vakzinen von Biontech und Moderna, sowie ihre Bioverfügbarkeit zu erhöhen, werden sie in spezielle Schutzhüllen, sogenannte Liposomen, verpackt. Liposomen werden aus Lipidestern, wie zum Beispiel Phospholipiden, hergestellt. Der Magensäure können diese Schutzhüllen aber nicht standhalten. Und auch die Lagerung ist trotz Schutzhülle nicht ganz einfach, da die Liposomen bei Raumtemperatur recht instabil sind und außerdem zu Oxidation und Verklumpung neigen.
Hilfe aus Amerika
Kerstin Rastädter, Biotechnologin in der Arbeitsgruppe von Oliver Spadiut an der TU Wien, arbeitet an einer besseren, einer stabileren Schutzhülle für pharmazeutische Wirkstoffe. Helfen soll ihr dabei Sulfolobus acidocaldarius, ein Archaeon, das nicht in Wien, sondern in hydrothermalen Quellen im Yellowstone-Nationalpark zu Hause ist. Besonders wohl fühlt es sich bei Hitze (75° C) und einem sauren pH-Wert (3,0).
Das Besondere an der Zellmembran von Sulfolobus und andere Arcchaeen ist, dass sie aus Tetraetherlipiden besteht. Auch aus diesen Lipiden lassen sich Liposomen – in diesem Fall heißen sie Archaeosomen – herstellen. Diese sind dank der Etherbindung deutlich stabiler als herkömmliche Liposomen, die aus Lipidestern hergestellt werden. Säuren können ihnen nichts anhaben, zudem können sie bei Raumtemperatur gelagert werden, ganz ohne aufwendige Kühlkette. Die ideale Schutzhülle also, um pharmazeutische Wirkstoffe oral verabreichen und viel einfacher lagern zu können. Gefahren für die menschliche Gesundheit sind von den Archaeosomen auch nicht zu erwarten. „Im menschlichen Darm findet man ebenso gewisse Archaeen, die diese Lipide in sich tragen – das heißt, diese Substanzen sind dem Menschen nicht fremd“, erklärt Rastädter. „Trotzdem gilt es abzuklären, wie die Lipide genau verstoffwechselt beziehungsweise ausgeschieden werden.“
Die Idee der Archaeosomen-Schutzhülle ist nicht neu. In den letzten Jahren wurde bereits einiges dazu publiziert. „Es wurde eindrucksvoll gezeigt, dass diese speziellen Lipide unterschiedliche pharmazeutische Wirkstoffe, wie zum Beispiel Insulin oder Antibiotika, nicht nur im Magen vor Abbau schützen, sondern dass diese Lipide dem Körper die Wirkstoffe auch besser und effizienter systemisch liefern können. Das heißt, diese Lipide sind perfekt dazu geschaffen, Wirkstoffe oral verabreichen zu können – ohne chemische Überzüge, die vor Abbau im Magen schützen“, berichtet die Biotechnologin. „Leider hat dieses großartige Produkt bislang noch keinen Einzug in die Applikation gehalten, da man bislang nicht in der Lage war, den extremophilen Organismus kontrolliert und skalierbar zu kultivieren und die Lipide in ausreichender Reinheit und Menge reproduzierbar herzustellen“, fügt sie hinzu.
Optimierte Kultivierung
Genau dieses Problem will die Wissenschaftlerin angehen. Momentan arbeitet sie im Rahmen ihrer Doktorarbeit daran, die Kultivierung von Sulfolobus acidocaldarius im kontrollierten Bioreaktor zu erforschen und zu optimieren, um letztendlich dessen Lipide in ausreichender Menge herstellen zu können. „Hierzu müsste der Produktions-Organismus aber schon großtechnisch im 100- und 1.000-Liter Maßstab kultiviert werden“, erklärt sie. Neben den Lipiden des extremophilen Organismus interessiert sich Rastädter auch für hitzestabile Enzyme und andere Stoffwechselprodukte, die sich aus Sulfolobus gewinnen lassen.
Im Oktober letzten Jahres wurde Rastädter für ihre Arbeit sogar mit dem österreichischen UNESCO-Loréal-For-Women-in-Science-Stipendium ausgezeichnet. Es unterstützt junge Grundlagenforscherinnen der Naturwissenschaften, Medizin, Mathematik und Informatik dabei, besondere Projektideen in die Tat umzusetzen. Vor allem soll es für Gleichberechtigung in der Wissenschaft sorgen und der Grundlagenforschung als Männerdomäne ein Ende setzen. Jedes Stipendium ist mit 25.000 Euro dotiert. Rastädter erzählt: „Ich war sehr positiv überrascht, da sich für dieses prestigeträchtige Stipendium meines Wissens nach viele ausgezeichnete Wissenschaftlerinnen in Österreich bewerben. Es hat sich sehr gut angefühlt, in diesem Zuge ausgezeichnet zu werden.“
Noch viele Fragen zu klären
Die 25.000 Euro nutzt die Forscherin als Finanzierung für ihr letztes Doktorarbeitsjahr. Aktuell beschäftigen sie und ihre Kollegen neben den optimalen Kultivierungsbedingungen von Sulfolobus auch noch weitere Fragen: Ist die Verpackung von unterschiedlichen Wirkstoffen in Archaeosomen grundsätzlich möglich? Welche Lagerungsbedingungen werden benötigt? Ist der verpackte Wirkstoff während der Verdauung wirklich ausreichend vor der Magensäure geschützt?
Und noch etwas hat die Wissenschaftlerin vorzuweisen. Teile ihrer Doktorarbeit hat sie im Rahmen des Spin-off-Fellowships NovoSome bearbeitet. Mittlerweile ist aus dem Projekt NovoSome sogar ein Start-up geworden, an dem Rastädter allerdings nicht mehr beteiligt ist. Die NovoArc GmbH mit Sitz an der TU Wien wurde im Oktober 2021 gegründet und vertreibt unter dem Motto „Vergiss Nadeln, nimm eine Pille“ spezielle Lipide für Formulierungen aller Art. Bei so viel geballter Arbeitskraft stehen die Chancen gut, dass die Archaeosomen-Medikamente bald Einzug halten in den Pharma-Markt.
Eva Glink
Bild: Pixabay/succo (Hammer) & Novosome
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