Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professorin Regina Scherließ am Pharmazeutischen Institut der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) hat neue Trägerpartikel für Pulverinhalatoren entwickelt, die die Wirksamkeit von Inhalationsmedikamenten deutlich steigern könnten. Die Studie, veröffentlicht in Communications Materials, zeigt, dass die Geometrie der Partikel die Freisetzung des Wirkstoffs entscheidend beeinflusst. Ein spezielles Design, der sogenannte „Pharmacone“, übertraf alle anderen getesteten Varianten.

Die winzigen Trägerpartikel, kaum dicker als ein Haar, wurden mithilfe eines hochpräzisen 3D-Druckverfahrens namens Zwei-Photonen-Polymerisation hergestellt. Dieses Verfahren, das in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) optimiert wurde, ermöglicht die Produktion von Millionen identischer Partikel mit einer Auflösung im Nanometerbereich. Durch eine neue Drucktechnik konnten bis zu 49 Strukturen gleichzeitig gefertigt werden, was die Herstellung erheblich beschleunigt. Für die Studie wurden vier verschiedene Partikeldesigns getestet, wobei eines in drei Varianten mit unterschiedlicher Oberflächenrauheit hergestellt wurde. Die Partikel wurden mit einem Modellwirkstoff vermischt, wie es in echten Inhalationspräparaten üblich ist.

Die Tests ergaben, dass die Form der Trägerpartikel maßgeblich bestimmt, wie viel Wirkstoff beim Einatmen freigesetzt wird und die Lunge erreicht. Das Pharmacone-Design, das an einen kleinen Stern mit mehreren Spitzen erinnert, zeigte die besten Ergebnisse: Der Anteil des Wirkstoffs in der lungengängigen Größe unter fünf Mikrometern war viermal höher als bei der nächstbesten Variante. Die Forschenden führen dies auf die besondere Geometrie zurück, die durch ihre Spitzen häufigere Kollisionen und Rotationen der Partikel verursacht, wodurch sich der Wirkstoff leichter ablöst. Die Oberflächenrauheit hatte hingegen keinen Einfluss auf die Freisetzung.

Obwohl die Partikel derzeit noch Modellstrukturen für die Grundlagenforschung sind und nicht für die Inhalation geeignet, sehen die Forschenden großes Potenzial für die pharmazeutische Entwicklung. In Zukunft könnten solche präzise gestalteten, bioabbaubaren Trägerpartikel direkt in Pulverinhalatoren eingesetzt werden. Die Möglichkeit, das Verhalten von Medikamenten durch gezieltes Design auf Mikrometerebene zu optimieren, eröffnet neue Wege für die Entwicklung effizienterer Inhalationspräparate.

Die Studie wurde in Kooperation mit dem KIT durchgeführt, wo das hochpräzise Druckverfahren weiterentwickelt wurde. Finanzielle Unterstützung kam von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), der Carl-Zeiss-Stiftung und dem Helmholtz-Programm „Materials Systems Engineering“.

Original Paper:

Melvin Wostry (2025) et al: „Aerodynamic Performance of Tailored Microparticles as Carriers in Dry Powder Inhaler Formulations Made by Multi-Focus Multi-Photon 3D Laser Printing“, Nature Communications Materials, DOI: 10.1038/s43246-025-00913-0

Redaktion: X-Press Journalistenbüro GbR

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