DFG-Forschergruppe »mikroPART« stellt Ergebnisse vor

Im Rahmen eines internationalen Abschlusskolloquiums stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Technischen Universität Braunschweig die Ergebnisse der DFG-Forschergruppe 856 „Mikrosystemen für partikulare Life-Science-Produkte“ (mikroPART) vor. In den vergangen sechs Jahren hat ein interdisziplinäres Team aus Pharmazeuten, Ingenieuren und Naturwissenschaftlern auf diesem Gebiet geforscht und Mikrosysteme für die Arzneimittelforschung entwickelt.

Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Technischen Universität Braunschweig hat in den vergangen sechs Jahren innerhalb einer DFG-Forschergruppe an „Mikrosystemen für partikulare Life-Science-Produkte“ geforscht. Dabei ist den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern um Sprecher Prof. Arno Kwade gelungen, zwei Mikrosysteme für die Arzneimittelforschung zu entwickeln.

Ausgangspunkt der 2008 initiierten Forschergruppe war es, sich mit Problemstellungen rund um den Einsatz von Partikeln in Mikrosystemen, wie etwa bei der Herstellung von Medikamenten, auseinanderzusetzen, erläutert Prof. Kwade. Als das Braunschweiger Team aus Pharmazeuten, Ingenieuren und Naturwissenschaftlern die Arbeit aufgenommen hatte, waren die Vorteile von Mikrosystemtechnik und Mikroverfahrenstechnik in industriellen Anwendungen bereits bekannt und ihr spezifischer Vorteil, wie der geringe Materialeinsatz, geschätzt. Bei Prozessen jedoch, in denen Partikel eingesetzt oder erzeugt werden, wie eben in der Pharmazie, fanden Mikrosysteme aus Angst vor Ablagerungen und Verstopfungen kaum Einsatz, so Prof. Kwade weiter. Als Ergebnis ihrer Forschungsarbeit können die Braunschweiger Forscherinnen und Forscher nun zwei Mikrosysteme für die Arzneimittelforschung vorstellen.

Mikrobioreaktor: Zellen effizient kultivieren

Mikrobioreaktor

Der Mikrobioreaktor dient der Kultivierung von Zellen auf sehr kleinem Raum. Trotz seiner geringen Größe werden die Zellen durch kleine Luftblasen mit Sauerstoff versorgt und durchmischt. Eingebaute Sensoren überwachen das Wachstum und spezielle Stoffwechselprodukte der Zellen. Die Forscherinnen und Forscher konnten durch ihre Ergebnisse zeigen, dass der Mikrobioreaktor vergleichbare Eigenschaften mit herkömmlichen Bioreaktoren aufweist. Somit ist es möglich auch auf sehr kleinem Raum Zellen zu kultivieren und beispielsweise den Einfluss von Prozessparametern auf die Kultivierung oder von verschiedenen Arzneimittelformulierungen auf die Zellen zu untersuchen. „Diese Eigenschaft ist besonders während der Entwicklungsphase eines Arzneimittels von Bedeutung, da durch die geringe Größe des Bioreaktors nur sehr kleine Mengen von teuren Wirkstoffen benötigt werden.“, fasst Prof. Kwade zusammen.

Mikrohochdruckdispergiersystem

Nanopartikel als Wirkstoffträger
Ebenfalls mit geringen Mengen und auf kleinstem Raum kommt das von der Forschergruppe entwickelte Mikrohochdruckdispergiersystem zur Anwendung. Dabei handelt es sich um ein modulares Mikrosystem zur Herstellung von Lipidnanopartikeln. Diese besonderen Nanopartikel sind eine neuartige Arzeimittelform, die den Transport von schwierigen Wirkstoffen zum gewünschten Wirkort erlauben. Sie werden erzeugt, indem Lipide in heißem Wasser geschmolzen und mit hohem Druck durch eine Mikrostruktur gepresst werden. Die dabei entstehenden winzigen Tropfen werden anschließend gekühlt und kristallisieren aus. Die auf diese Weise entstehenden Nanopartikel werden als Arzneistoffträger verwendet. „Durch die Kombination der Prozessschritte und dem einfachen Wechsel der Mikrostruktur kann die Partikelherstellung sehr gut kontrolliert und bereits mit geringen Mengen durchgeführt werden.“, erläutert Prof. Kwade das Forschungsergebnis.

„mirkoPART“-Ergebnisse gehen in künftige Forschung ein
Die Forschergruppe 856 „Mikrosysteme für partikuläre Life-Science-Produkte“ (mikroPART) wurde über die maximale Förderdauer von 6 Jahren durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert und mit einem internationalen Kolloquium am 11. Juni 2014 abgeschlossen. Die erfolgreiche Zusammenarbeit der verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen in dieser Forschergruppe ist der Grundstein für weitere Entwicklungen wie dem Zentrum für Pharmaverfahrenstechnik und dem Studiengang Pharmaingenieurwesen, der im Wintersemester 2014/2015 an der Technischen Universität Braunschweig eingeführt wird.

Kontakt
Prof. Dr.-Ing. Arno Kwade
Dr.-Ing. Ingo Kampen
Instituts für Partikeltechnik
Technische Universität Braunschweig
Volkmaroder Str. 5
38104 Braunschweig
Tel.: +49 531 391 9610
E-Mail: a.kwade@tu-bs.de
www.ipat.tu-bs.de