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3D-Pflaster könnte Hautkrebsbehandlung verbessern
Ein 3D-gedrucktes Pflaster könnte künftig zwei sehr unterschiedliche Wirkstoffe direkt in betroffene Hautbereiche bringen. Seine winzigen, auflösbaren Mikronadeln enthalten 5-Fluorouracil und Curcumin bereits im Druckmaterial. In Tests drangen mehr als 95 Prozent der Nadeln in ein Hautmodell ein und gaben die Substanzen kontrolliert in zwei Phasen frei.
Belfast (Nordirland). Bei lokal begrenztem Hautkrebs sollen Wirkstoffe möglichst gezielt in die betroffene Haut gelangen, während wiederholte Anwendungen auf der Haut oder invasivere Verfahren für Patienten belastend sein können. Auflösbare Mikronadeln könnten hier eine Alternative bieten, weil sie die äußere Hautschicht durchdringen, ihre Wirkstoffe vor Ort freisetzen und anschließend kein scharfes Nadelmaterial zurücklassen.
Forscher der Queen’s University Belfast (QUB) um Prof. Dimitrios A. Lamprou haben nun ein solches Pflaster mit zwei unterschiedlich löslichen Substanzen entwickelt. Die Mikronadeln enthalten das wasserlösliche Krebsmedikament 5-Fluorouracil, kurz 5-FU, und das schlecht wasserlösliche Curcumin. Entscheidend ist dabei weniger die Kombination an sich als die Art, wie beide Stoffe in einem einzigen Druckschritt in die Nadeln gelangen.
Dafür mischte das Team 5-FU und Curcumin direkt in ein lichtempfindliches Polymerharz aus Polyethylenglykoldiacrylat und Vinylpyrrolidon. Anschließend entstanden die Mikronadel-Arrays per Digital Light Processing, einem 3D-Druckverfahren, bei dem Licht das Harz schichtweise aushärtet. Anders als bei früheren Ansätzen werden die Wirkstoffe damit nicht erst nachträglich auf bereits fertige Nadeln aufgebracht.
Gerade die gemeinsame Verarbeitung ist technisch anspruchsvoll, weil 5-FU hydrophil ist, Curcumin dagegen hydrophob und zudem Licht im für den Druck wichtigen Bereich absorbiert. Die Forscher passten deshalb die Belichtungsbedingungen so an, dass das Curcumin die Aushärtung nicht so stark störte, dass Form und Spitzen der Mikronadeln darunter litten.
Die optimierte Mischung ließ sich zu hochauflösenden Strukturen mit den zuvor am Computer festgelegten Abmessungen drucken. In einem Hautmodell erreichten die Nadeln eine Eindringeffizienz von mehr als 95 Prozent. Zugleich blieb ein hoher Anteil beider Wirkstoffe in den gedruckten Strukturen eingeschlossen, bevor sie kontrolliert und mit unterschiedlichem zeitlichem Verlauf freigesetzt wurden.
„Fortschrittliche Fertigungstechnologien wie der 3D-Druck helfen, die Zukunft der Medizin neu zu gestalten, indem sie eine präzisere Wirkstoffabgabe und eine patientenfreundliche Versorgung ermöglichen“, sagt Rutuja N. Meshram von der Queen’s University Belfast (QUB).
Die Autoren grenzen ihren Ansatz ausdrücklich von früheren Arbeiten ab, denn Curcumin und 5-FU sind bereits mit Mikronadeln kombiniert worden, damals aber vor allem über Beschichtungen oder aufgedruckte Wirkstoffschichten auf vorgefertigten Nadeln. Das neue Verfahren integriert beide Stoffe dagegen vor dem Druck in dieselbe Harzmischung und verbindet so Wirkstoffbeladung und Formgebung in einem Herstellungsschritt.
Damit ist noch nicht gezeigt, dass das Pflaster Hautkrebs wirksamer oder schonender behandelt. Die Studie untersucht vor allem Formulierung, Druckprozess, mechanische Eigenschaften, Eindringen in ein Hautmodell und Wirkstofffreisetzung. Eine biologische Validierung steht nach Angaben der Autoren noch aus, sodass sich aus den bisherigen Versuchen keine Aussagen zur Wirksamkeit gegen Tumoren, zur Verträglichkeit im Organismus oder zu einer klinischen Anwendung ableiten lassen.
Der Nutzen des Konzepts liegt zunächst in der Herstellungsplattform, denn ein digital definierter Druckprozess könnte Geometrie und Wirkstoffmenge künftig leichter an verschiedene Anwendungen anpassen als nachträglich beschichtete Nadeln. Ob daraus tatsächlich eine patientenfreundliche Behandlung für lokal begrenzten Hautkrebs wird, müssen weitere Laboruntersuchungen und später präklinische sowie klinische Studien zeigen.