Gezielte Medikamentenverabreichung mit Mikroblasen

07/03/2025

Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) haben einen Mechanismus zur gezielten Medikamentenverabreichung mittels Mikroblasen entschlüsselt. Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, Behandlungen von Hirnerkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder Hirntumoren effektiver und sicherer zu gestalten.

Bild: Mikroblasen und rote Blutzellen in einem Blutgefäß, mit blauen Medikamentenpartikeln im Hintergrund; Copyright: Sonia Monti, ETH Zürich

Mikroblasen transportieren das Medikament durch Blutgefäße. Ultraschall aktiviert Mikrojets, die das Eindringen in die Gefäßwand erlaubt.

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Das Gehirn ist durch die Blut-Hirn-Schranke geschützt, die nur bestimmte Substanzen passieren lässt. Medikamente können daher oft nicht in ausreichender Konzentration an den Zielort gelangen. Forschende untersuchen verschiedene Ansätze, um diese Schranke zu überwinden, darunter den Einsatz von Mikroblasen in Kombination mit Ultraschall.

Mikroblasen als Transportvehikel

Mikroblasen sind kleiner als rote Blutzellen und bestehen aus einer gashaltigen Kernstruktur, umgeben von einer stabilisierenden Fetthülle. Diese Bläschen werden zusammen mit Medikamenten in die Blutbahn injiziert. Durch gezielten Ultraschall entstehen in der Zellmembran winzige Poren, die den Eintritt der Wirkstoffe ermöglichen.

Marco Cattaneo, Doktorand und Erstautor der Studie, erklärt: „Es gelang uns zu zeigen, dass sich die Mikroblasen unter Ultraschall verformen, sodass winzige Flüssigkeitsstrahlen, sogenannte Mikrojets, entstehen. Diese durchdringen die Zellmembran.“

Hochgeschwindigkeits-Mikrojets als Schlüsselmechanismus

Bisher war unklar, wie genau die Poren in der Zellmembran entstehen. Das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Outi Supponen entwickelte daher ein spezielles Mikroskop mit 200-facher Vergrößerung gebaut, das die Mikroblasen-Bewegung aus einer neuen Perspektive sichtbar macht.

Die Forschenden verwendeten ein In-vitro-Modell der Blutgefäßwand mit Gefäßwandzellen auf einer Kunststoffmembran.

Die Mikroblasen wurden durch kurze Ultraschallimpulse in Bewegung versetzt.

Die Schwingungen erzeugten winzige Mikrojets, die mit einer Geschwindigkeit von 200 km/h die Zellmembran durchdrangen.

Optimierung von Ultraschallparametern

Ein zentraler Aspekt der Studie war die Untersuchung des Ultraschalldrucks. Supponen erklärt: „Ein faszinierender Aspekt ist, dass dieser Ausstossmechanismus bei niedrigen Ultraschalldrücken von etwa 100 kPa ausgelöst wird.“ Das entspricht dem Luftdruck, dem der menschliche Körper täglich ausgesetzt ist. Die richtige Kombination aus Frequenz, Druck und Mikroblasengröße könnte daher dazu beitragen, die Medikamentenverabreichung gezielt und schonend zu optimieren.

Medizinische Anwendung und Zukunftsaussichten

Die Ergebnisse der ETH-Forschenden könnten einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung der Ultraschall-gesteuerten Medikamentenverabreichung leisten.

Darüber hinaus könnten die Erkenntnisse dazu beitragen, die Beschichtung der Mikroblasen an die jeweiligen Ultraschallfrequenzen anzupassen und so deren Effizienz weiter zu verbessern. „Ausserdem konnten wir zeigen, dass schon wenige Ultraschallimpulse ausreichen, um eine Zellmembran zu perforieren. Auch das kommt dem Patienten zugute“, so Supponen.

MEDICA.de; Quelle: Eidgenössische Technische Hochschule Zürich

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