Mikrokeramik-Sterne machen Hautschichten durchgängig für Wirkstoffe

Forschende der Eidgenössischen Materialforschungsanstalt Empa haben nanokeramische Mikrosterne entwickelt, die über Mikro-Blessuren den Transport von Wirkstoffen in die Haut ermöglichen. Dr. Michael Stuer schildert im Gespräch mit MEDICA.de die neue Entwicklung, die von einem Industriepartner zur Behandlung von Hautkrankheiten eingesetzt werden soll.

Dr. Stuer, wie funktioniert die Technologie?

Dr. Michael Stuer: Bei diesem Projekt geht es um eine Alternative zu Microneedle Patches. Diese generieren kleine Hautverletzungen als Durchlass für medizinische Wirkstoffe, die die Hautbarriere nicht überwinden können. Die Patches funktionieren nicht gut an schwer zugänglichen Stellen oder auf stark gekrümmten Hautflächen.

Unsere Mikrokeramik-Sterne werden in einem Gel verteilt, das überall angewendet werden kann. Ziel ist, dass damit auch größere Flächen ergonomisch behandelt werden können, zudem ist die Anwendung im Alltag leichter als mit den Patches.

Die Sterne verursachen durch Reibung kleine Verletzungen und ermöglichen damit neue Therapien, die "small interfering RNA (siRNA)" nutzen. Die Verletzungen sind nur so groß, dass sich die therapeutisch wirksamen Moleküle der Arzneimittel an ihr Ziel schleusen lassen und sie sind in wenigen Stunden wieder verschlossen. Hierbei werden keine Blutgefäße verletzt. Das Gefühl könnte man wie bei einem sehr starken Peeling beschreiben. Aber die Menschen sind natürlich individuell schmerzempfindlich.

Unser Industriepartner nutzt dieses Medical Device, um mit neuen therapeutischen Ansätzen Hautkrankheiten wie Atopische Dermatitis, Weißfleckenkrankheit oder Schuppenflechte zu behandeln.

Wie verläuft der Herstellungsprozess, welches Material verwenden Sie?

Stuer: Der Prozess ist ein modifizierter Schlickerguss. Dafür wird ein Pulver in eine Suspension eingearbeitet. Die Partikel sind nicht agglomeriert und die Fließeigenschaften erlauben durch den Zusatz verschiedener Additive, dass ganz kleine Formen vollständig ausgefüllt werden.

Ein kritischer Punkt ist der Trocknungsprozess, weil diese Grünkörper sehr kohäsiv sein müssen, damit man sie unbeschädigt entnehmen kann. Danach werden die Sterne im Ofen entbindert und gebrannt. Die Basis für die Herstellung der dreiarmigen scharfkantigen Sterne bildet ein hochreines Aluminiumoxid. Die Sterne sind biokompatibel, ihr Durchmesser liegt bei ungefähr 0,8 Millimeter, der Durchlass in der Haut ist kleiner als 0,1 Millimeter. Damit keine mineralischen Stoffe zurückbleiben, müssen diese kleinen Sterne sehr hohe mechanische Eigenschaften aufweisen. Für die Herstellung haben wir Polymer-Gussformen entwickelt, mit denen sich große Fertigungsmengen deutlich schneller und einfacher herstellen lassen als beim Laserverfahren.

Für welche anderen Anwendungen ist das Verfahren geeignet?

Stuer: Der Fokus liegt auf der Behandlung von Hautkrankheiten. Aber ich denke, wir haben einen neuen Ansatz gefunden, der vielseitig genutzt werden kann. Medizinprodukte werden immer komplexer. Um unerwünschte Wirkungen zu vermeiden, werden immer mehr Wirkstoffe gezielt eingebracht, damit nicht der ganze Körper in Mitleidenschaft gezogen wird.

Welche Entwicklungen werden angestrebt?

Stuer: Dieser neue Prozess ermöglicht uns, mit weiteren Präzisionsteilen im Nano- und Mikrobereich die Vorteile von Keramik zu nutzen. Wir arbeiten an aktuellen Problemen, aber wir wollen auch versuchen, die Themen vor der Zeit anzugehen.

Eine Vorgabe war, dass das Verfahren kosteneffizient und skalierbar sein soll, um zum Beispiel Produktionssteigerungen rasch zu ermöglichen. Beim Laserschneidverfahren funktioniert eine Skalierung nur über die Anschaffung von vielen Lasergeräten, das ist kompliziert und kostenintensiv.

Unser Prozess verursacht hohe Kosten nur bei der Herstellung des Masters für die Polymer Formen. Die Formen-Herstellung und die Replikation der Mikrokeramik-Sterne sind sehr preiswert. Entscheidend ist das Know-how. Die Probleme des Herstellungsverfahrens konnten wir in einen Vorteil entwickeln, indem wir die Form Sterne optimiert haben und die Effizienz gesteigert haben gegenüber den mit Laserschneidern gefertigten Sternen. Zudem war es uns wichtig, einen umweltfreundlichen Prozess zu entwickeln, in dem zum Beispiel die Formen wiederverwendbar sind.