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Kleie-Gele können Medikamente gezielt im Darm freisetzen
Aus Getreidekleie gewonnenes Fasermaterial könnte künftig Medikamente im Dickdarm freisetzen: Im Labor hielten neuartige Hydrogele ein Testprotein zunächst fest und gaben es erst nach Kontakt mit einem bakteriellen Enzym wieder ab. Besonders gut funktionierte dies mit Roggenkleie. Ob die Gele den Verdauungstrakt überstehen, ist aber noch nicht untersucht.
Stockholm (Schweden). Medikamente gegen Erkrankungen des Dickdarms sollen möglichst am betroffenen Gewebe wirken. Bei der Einnahme über den Mund müssen die Wirkstoffe jedoch zunächst Magen und Dünndarm passieren, wobei eine zu frühe Freisetzung ihren gezielten Transport erschweren kann.
Viele bisherige Trägersysteme nutzen den pH-Wert als Auslöser für die Freisetzung ihrer Fracht. Doch die Bedingungen im Verdauungstrakt unterscheiden sich von Mensch zu Mensch. Deshalb könnte ein anderer Mechanismus helfen: das Aufbrechen eines Trägermaterials durch Enzyme von Darmbakterien.
Forscher des KTH Royal Institute of Technology (KTH) um Prof. Francisco Vilaplana haben dafür den Ballaststoff Arabinoxylan aus Weizen- und Roggenkleie untersucht. Mithilfe des Enzyms Laccase lässt sich die Pflanzenfaser zu Hydrogelen vernetzen, deren wasserhaltiges Gerüst andere Moleküle einschließen kann.
Das Team fror die Gele bei unterschiedlichen Temperaturen ein, trocknete sie unter Vakuum und ließ sie anschließend wieder Wasser aufnehmen. Dadurch veränderten sich ihre Porengröße und andere Materialeigenschaften. Als Testsubstanzen dienten Glucose, die Aminosäure Tryptophan und ein grün fluoreszierendes Protein, jedoch keine Medikamente gegen Darmerkrankungen.
Es zeigte sich: Sowohl Weizen- als auch Roggengele konnten die getesteten Moleküle aufnehmen, hielten sie aber unterschiedlich gut fest. Das Roggengel ließ das größere Testprotein in Wasser zunächst überhaupt nicht entweichen, während aus Weizengelen ein Teil spontan austrat.
Bei Glucose schien die chemische Anziehung zwischen Zucker und Fasernetz wichtiger zu sein als die Porengröße. Tryptophan blieb dagegen deutlich schlechter eingeschlossen: Rund 50 bis 80 Prozent diffundierten ohne zusätzlichen Auslöser aus den Gelen ins Wasser.
Im nächsten Schritt versetzten die Wissenschaftler die Gele mit einer β-Xylanase aus dem Darmbakterium Bacteroides ovatus. Dieses Enzym kann das Arabinoxylan-Netz abbauen und bewirkte im Labor bei beiden Geltypen eine deutlich stärkere Freisetzung von Glucose.
Besonders interessant war die Reaktion des Roggengels: Nach Zugabe des Enzyms gab es einen erheblichen Teil des zuvor zurückgehaltenen Testproteins ab. Dabei blieb das Gel äußerlich weitgehend intakt, obwohl seine Festigkeit nachließ.
Für Tryptophan funktionierte dieser Schalter allerdings nicht. Dessen Freisetzung wurde durch die β-Xylanase nicht erhöht. Wie gut der Mechanismus greift, hängt demnach wesentlich von der eingeschlossenen Substanz und vom verwendeten Gel ab.