Der Forschungsschwerpunkt der Arbeitsgruppe liegt auf der Entwicklung von Strategien für die Verabreichung schwer löslicher Arzneistoffe, insbesondere mit Hilfe nanopartikulärer Wirkstoffapplikationssysteme. Ein kleinerer Forschungsbereich befasst sich zudem mit der Formulierungsentwicklung für therapeutische Proteine.
Nanopartikuläre Wirkstoffapplikationssysteme
Von besonderer Bedeutung im Bereich unserer Forschung hinsichtlich der Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung nanopartikulärer Wirkstoffapplikationssysteme zur Formulierung schwer löslicher Arzneistoffe ist die Frage nach Struktur-Funktionsbeziehungen in diesen Systemen. Es geht v.a. um die Stabilität, die Wirkstoffträgerkapazität und die Freisetzungseigenschaften der Formulierungen in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung, dem Herstellungsverfahren und ihrer Ultrastruktur. Davon ausgehend werden neue Strategien für Systeme mit optimierten Trägereigenschaften, kontrollierter Freigabe und Verfahren zu ihrer Herstellung entwickelt. Ziel ist es, in Zukunft eine gezielte Konstruktion nanostrukturierter Applikationssysteme zu ermöglichen.
Zur Verarbeitung schwer löslicher Arzneistoffe, v.a. zu injizierbaren Arzneiformen nutzen wir vorrangig nanopartikuläre Systeme auf Lipidbasis (feste Lipidnanopartikel, Emulsionssysteme sowie Dispersionen flüssigkristalliner Phasen), die stets auch umfassend charakterisiert werden. Untersucht werden u.a. die Auswirkung pharmazeutischer Prozessschritte (z.B. Dispergierverfahren, Sterilisation) auf die Eigenschaften der Trägerpartikel. Mit der Prämix-Membranemulgierung konnten wir eine Methode etablieren, die die Erzeugung kolloidaler Dispersionen mit besonders enger Partikelgrößenverteilung und eine Herstellung im Kleinstmaßstab ermöglicht. In der Vergangenheit konnten grundlegende Erkenntnisse zum Kristallisations- und thermischen Verhalten von Lipidnanopartikeln in Abhängigkeit von ihrer Zusammensetzung und der Teilchengröße erarbeitet werden, die interessante Möglichkeiten zur Modifikation der Wechselwirkung mit Wirkstoffen eröffnen. Seit einiger Zeit arbeiten wir auch an selbstdispergierbaren Systemen für die perorale Anwendung schwer löslicher Wirkstoffe.
Pharmazeutische Trägersysteme müssen eine angemessene Wirkstoffträgerkapazität aufweisen, die wir für unterschiedliche nanopartikuläre Systeme evaluieren. Längerfristiges Ziel ist es, möglichst materialsparend und auch auf Grundlage theoretischer Konzepte geeignete Trägersysteme zu identifizieren. Neben der Frage, welches Trägersystem für einen gegebenen Wirkstoff die beste Formulierungslösung darstellt, befassen wir uns in diesem Zusammenhang mit den Einflüssen des Wirkstoffs auf die Eigenschaften der Partikel. Um diese Arbeiten in Zukunft rationeller durchführen zu können, haben wir ein Screening-Verfahren zur Untersuchung der Beladungskapazität entwickelt. Dieses wird sowohl zur Formulierungsfindung für neu entwickelte Wirkstoffkandidaten als auch zur Bearbeitung grundlegender Fragestellungen, z.B. zur Lokalisation von Wirkstoffen in den Partikeln, genutzt.
Unsere Arbeiten zur Wirkstofffreisetzung zielen darauf, das Potential nanopartikulärer Träger realistisch einschätzen und verbesserte Strategien zur Beherrschung der Wirkstofffreigabe erarbeiten zu können. Grundlegende Freisetzungsmechanismen sollen herausgearbeitet und darauf aufbauend verbesserte Trägersysteme entwickelt werden. Da zur Untersuchung der Freisetzungseigenschaften kolloidaler Wirkstoffapplikationssysteme bisher keine Referenzmethode existiert, vergleichen wir verschiedene Ansätze, um ausgehend davon geeignete Methoden zu entwickeln. Hierbei beziehen wir zunehmend die physiologische Situation mit ein. Im Hinblick auf die Wechselwirkungen von Lipidnanopartikeln mit biologischen Modellsystemen, vorrangig hinsichtlich ihrer parenteralen Applikation, interessieren wir uns vor allem für Auswirkungen der Zusammensetzung, Partikelform und -größe sowie der Oberflächenbeschaffenheit der Partikel.
Arzneistoffnanopartikel sind eine wichtige Alternative für die Verarbeitung schwer wasserlöslicher Wirkstoffe. Eine Reihe offener Fragen gibt es hierbei im Hinblick auf die Stabilisierung der Partikel während und nach der Herstellung bzw. den Erhalt des nanopartikulären Zustandes im Zuge weiterer Verarbeitungsschritte. Diesen Fragestellungen gehen wir in Kooperation mit dem Institut für Partikeltechnik nach. Da hierbei die perorale Applikation im Vordergrund steht, sind nicht nur flüssige Nanopartikel-Suspensionen, sondern auch Methoden zu ihrer Überführung in feste Formen von Interesse.
Formulierungen für therapeutische Proteine
Unsere Arbeiten in diesem Bereich fokussieren sich neben der Untersuchung von Strategien für das Stabilitäts-Screening flüssiger Systeme hauptsächlich auf die Entwicklung und Charakterisierung von injizierbaren/implantierbaren Formulierungen für die kontrollierte Proteinfreisetzung. Die Bedingungen für die Untersuchung der Wirkstofffreisetzung sind auch für diese Systeme von großer Bedeutung. Im Zusammenhang mit der Freisetzung wachstumsfördernder Proteine aus medizinischen Implantaten sind sie zurzeit Gegenstand unserer Arbeiten in einem Kooperationsprojekt unter anderem mit Arbeitsgruppen des Instituts für Technische Chemie der TU Braunschweig, der Medizinischen Hochschule Hannover und der Leibniz Universität Hannover.
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