Injizierbare, adaptive Hydrogele der nächsten Generation (InGel-NxG)

Biomaterialien

Ein mit Wirkstoff beladenes Gel wird direkt in das betroffene Kniegelenk gespritzt

Injizierbare, adaptive Hydrogele der nächsten Generation (InGel-NxG)

Kompetenzen:

  • Hydrogel

    Polymere

    Theranostik

    GMP

    Wirkstoff-Polymer-Konjugate

Koordinator:

  • Dr. Karin Benz

    TETEC AG

Projektlaufzeit:

01.04.2019 - 31.03.2022

Aufgaben im Projekt

TETEC AG
Neuartige Hydrogele für die Arthrosebehandlung

HOT Screen GmbH
Charakterisierung und Funktionsanalyse von wirkstoffbeladenen Hydrogelen

NMI Technologietransfer GmbH
Neue Analysemethoden für Hydrogele

NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen
Verkapselung von Wirkstoffen

Hochschule Albstadt-Sigmaringen
Prozessuntersuchung zur GMP-konformen Herstellung von Gelen

Max-Planck-Institut für Polymerforschung
Charakterisierung responsiver Hydrogele

Beschreibung

Intelligente Materialien zur Behandlung von Entzündungen der Gelenke

Im Projekt soll eine Materialplattform zur lokalen Therapie volkswirtschaftlich bedeutender Leiden, wie entzündlicher Gelenkerkrankungen, etabliert werden. Dazu werden neue Technologien entwickelt, die eine modulare Herstellung von sogenannten Hydrogelen ermöglichen sollen. Aus diesen Hydrogelen sollen Wirkstoffe in einem bestimmten Zeitfenster und einer gewünschten Konzentration freigesetzt werden. Die Freisetzung kann dabei passiv erfolgen oder aktiv gesteuert werden.Schwerpunktmäßig lassen sich die durchgeführten Projektarbeiten in die Bereiche Hydrogele und Wirkstoffe gruppieren.

Ein mit Wirkstoff beladenes Gel wird direkt in das betroffene Kniegelenk gespritzt
Abbildung: Ein mit Wirkstoff beladenes Gel wird direkt in das betroffene Kniegelenk gespritzt. (Quelle: Hochschule Albstadt-Sigmaringen)

Bei der passiven Wirkstoff-Freisetzung wird diese nur durch das Hydrogel selbst beeinflusst. Durch eine Veränderung bereits vorhandener Hydrogele und Verwendung neuer Ausgangsmaterialien wurden von den Verbundpartnern verschiedene Hydrogel-Varianten hergestellt und hinsichtlich ihrer Eignung zur Wirkstoff-Freisetzung getestet. So sollen z.B. bürstenförmige Vernetzer eine Verlangsamung der Freisetzung bewirken.Um Wirkstoffe im Gelenk je nach Bedarf aktiv freisetzen zu können, werden spaltbare Vernetzer für die Hydrogel-Herstellung verwendet. Diese können bei Entzündung durch im Gelenk vorkommendende Enzyme gespalten werden. Eine kontrollierbare Freisetzung kann auch durch eine Verkapselung der Wirkstoffe erfolgen. Hierzu werden viele kleine Portionen des Wirkstoffs mit einer Hülle umgeben und diese in das Hydrogel eingebracht. Je nach Beschaffenheit der Hülle kann die Freisetzungsrate gesteuert werden. Es wurden unterschiedliche Verkapselungsstrategien entwickelt und verschiedene Materialien hinsichtlich ihrer Stabilität und Bioverträglichkeit untersucht. Mit einem Modellwirkstoff wurden grundlegende Erkenntnisse für die Verkapselung und die Analytik des freigesetzten Wirkstoffs in Anwesenheit einer simulierten Körperflüssigkeit gewonnen.Die technische Umsetzbarkeit wurde in einer Machbarkeitsstudie demonstriert, indem Hydrogele erfolgreich in Doppelkammerspritzen gefriergetrocknet wurden.

 

Zur Charakterisierung der unterschiedlichen Hydrogel-Varianten werden momentan Modellmoleküle, wie Ibuprofen verwendet. Parallel dazu wurden neue, vielversprechende Wirkstoffkandidaten ausgewählt und deren Wirkung zunächst in unserem Vollblutmodell untersucht. Zwei der ausgewählten Substanzen zeigten darin ein vorteilhaftes Wirkprofil und werden nun weitergehend untersucht. Neben den klassischen chemischen und biologischen Wirkstoffen werden im Projekt auch humane mesenchymale Stromazellen (MSC) als mögliches Wirkprinzip untersucht. Hierfür wurden MSC aus der Plazenta gewählt und ein geeignetes Kultivierungsprotokoll erarbeitet, in welchem diese Zellen eine Vielzahl von Botenstoffen produzieren, die wichtig für die Beeinflussung von Entzündungsprozessen sind.Um die Wirkstoffe und deren Freisetzung aus Hydrogelen analysieren zu können, wurden für zwei Modellsubstanzen die entsprechenden analytischen Methoden etabliert und optimiert. Anschließend wurde der Einfluss des Hydrogels auf die Analyse untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass das Hydrogel den Nachweis des Wirkstoffes nicht stört.Insgesamt sind die Projektarbeiten planmäßig vorangegangen, größere Änderungen der ursprünglichen Planung waren nicht erforderlich.

Projektpartner

TETEC AG
FKZ: 13XP5086A

HOT Screen GmbH
FKZ: 13XP5086B

NMI Technologietransfer GmbH
FKZ: 13XP5086C

NMI Naturwissenschaftliches und Medizinisches Institut an der Universität Tübingen
FKZ: 13XP5086D

Hochschule Albstadt-Sigmaringen
FKZ: 13XP5086E

Max-Planck-Institut für Polymerforschung
FKZ: 13XP5086F