Applying a nano-micelle based method for delivering atropine base from a contact lens

Die Welt steht vor einer stillen Epidemie der Kurzsichtigkeit. Millionen von Menschen, insbesondere Kinder, stellen fest, dass sie weit entfernte Objekte nicht klar sehen können – ein Zustand, der als Myopie bekannt ist. Während Brillen und Standardkontaktlinsen die Unschärfe korrigieren, stoppen sie nicht das Wachstum des Auges, was die eigentliche Ursache des Problems ist. Um dieses Wachstum aufzuhalten, verschreiben Ärzte oft Augentropfen, die einen Wirkstoff namens Atropin enthalten. Diese Tropfen haben jedoch einen erheblichen Nachteil: Sie werden schnell aus dem Auge ausgewaschen, was bedeutet, dass der Großteil der Medizin sein Ziel nie erreicht, und die Patienten müssen sich daran erinnern, sie jeden einzelnen Tag einzusetzen. Forscher suchen ständig nach einem besseren Weg, diese Medizin zuzuführen, in der Hoffnung, eine Methode zu finden, die den Wirkstoff stabil hält, ihn langsam freisetzt und lange genug im Auge verbleibt, um seine Aufgabe zu erfüllen, ohne Irritationen zu verursachen.

In einer kürzlich durchgeführten Studie untersuchte ein Team von Wissenschaftlern der University of New South Wales einen neuen Ansatz zur Lösung dieses Lieferproblems. Anstatt sich auf einfache flüssige Tropfen zu verlassen, wandten sie sich an winzige, mikroskopische Strukturen namens Nano-Mizellen zu. Stellen Sie sich eine Seifenblase vor, aber anstelle von Luft enthält sie einen Kern, der ölige Substanzen festhalten kann, die Wasser normalerweise abstößt. Die Forscher erschufen diese Strukturen unter Verwendung eines gängigen, sicheren Polymers und füllten sie mit Atropin in einer Form, die sich in Wasser nicht leicht auflöst. Ihr Ziel war es, Kontaktlinsen in dieser speziellen Lösung einzuweichen, damit die Linsen als Reservoir fungieren können, das die Medizin aufnimmt und sie über einen längeren Zeitraum gleichmäßig an das Auge abgibt. Sie testeten zwei verschiedene Arten von Kontaktlinsen und maßen, wie gut die Linsen den Wirkstoff absorbierten, wie lange der Wirkstoff in der Lösung stabil blieb und ob die resultierenden Linsen sicher für die Zellen waren, die die Oberfläche des Auges auskleiden.

Die Forscher begannen damit, Atropinsulfat, eine gängige Salzform des Wirkstoffs, in Atropinbase umzuwandeln – eine Version, die besser geeignet ist, um sich im öligen Kern ihrer Nano-Mizellen zu verstecken. Sie mischten diesen Wirkstoff mit einem Polymer namens Poloxamer 407 in einer salzhaltigen wässrigen Lösung, wodurch die winzigen Mizellen entstanden. Sie testeten diese Mischungen bei zwei verschiedenen Säuregraden, einem leicht sauren und einem neutralen, um zu sehen, welche Umgebung den Wirkstoff am längsten stabil hielt. Nachdem sie die Mischungen ein ganzes Jahr lang bei Raumtemperatur gelagert hatten, stellten sie einen deutlichen Unterschied fest. Die Mischung, die auf dem leicht sauren Niveau gehalten wurde, behielt fast 8 % ihres ursprünglichen Wirkstoffs, während die neutrale Mischung mehr als die Hälfte ihres Wirkstoffs durch Degradation verlor. Dies deutete darauf hin, dass das Beibehalten einer leicht sauren Lösung entscheidend war, um die Medizin über die Zeit zu bewahren.

Als Nächstes nahm das Team zwei beliebte Marken von Kontaktlinsen, eine aus einem Material namens Etafilcon A und eine aus Omafilcon A, und weichte sie einen Tag lang in diesen wirkstoffgefüllten Mizell-Lösungen ein. Sie wollten sehen, ob die Linsen wie Schwämme wirken könnten, indem sie die Medizin aus der Lösung ziehen und in ihren Fasern speichern. Die Linsen absorbierten den Wirkstoff erfolgreich, wobei einige bis zu 7,3 Mikrogramm aufnahmen. Als die Forscher diese beladenen Linsen in eine frische Lösung legten, um die Umgebung des Auges nachzuahmen, begannen die Linsen, den Wirkstoff freizusetzen. Die Freisetzung war kein plötzlicher Ausbruch, sondern ein stetiger Strom. Bei den Linsen, die in der stabilsten, sauren Lösung eingeweicht worden waren, wurden innerhalb von vier Stunden etwa 8 % des Wirkstoffs freigesetzt. Diese langsame, kontrollierte Freisetzung ist genau das, was benötigt wird, um das Auge behandelt zu halten, ohne dass der Patient die Tropfen ständig neu auftragen muss.

Die Studie untersuchte auch, ob diese wirkstoffbeladenen Linsen die empfindlichen Zellen auf der Oberfläche des Auges schädigen würden. Die Forscher züchteten menschliche Hornhautzellen in einer Schale und setzten sie der Flüssigkeit aus, die mit den beladenen Linsen in Kontakt gekommen war. Die meisten Formulierungen waren sicher, wobei die Zellen hohe Überlebensraten zeigten. Eine spezifische Formulierung jedoch, die die höchste Wirkstoffstabilität aufwies, verursachte einen leichten Rückgang der Zellüberlebensrate auf 68 %. Obwohl dies knapp unter dem Sicherheitsgrenzwert lag, der normalerweise für Medizinprodukte erforderlich ist, war es nah genug dran, um darauf hindeuten, dass das Material selbst nicht toxisch ist, aber die Menge des Wirkstoffs oder die spezifische Mischung fein abgestimmt werden müsste. Die Linsen selbst veränderten ihre physikalischen Eigenschaften nicht; sie blieben klar und hielten die gleiche Menge an Wasser wie normale Linsen, was bedeutet, dass sie für den Träger wahrscheinlich ähnlich fühlen und aussehen würden.

Die Ergebnisse weisen auf einen vielversprechenden Weg zur Behandlung der Kurzsichtigkeit hin. Die Studie zeigte, dass es möglich ist, Kontaktlinsen mit einer stabilen Form von Atropin unter Verwendung von Nano-Mizellen zu beladen, und dass diese Linsen den Wirkstoff kontrolliert abgeben können. Die leicht saure Lösung erwies sich als die beste Umgebung, um den Wirkstoff über ein Jahr lang vor dem Abbau zu schützen. Während die Linsen ein großes Potenzial für die Verabreichung des Medikaments zeigten, merkten die Forscher an, dass die Menge des freigesetzten Wirkstoffs höher war als das, was typischerweise durch Standard-Augentropfen verabreicht wird, was darauf hindeutet, dass zukünftige Versionen möglicherweise weniger Medizin tragen müssten, um Nebenwirkungen wie erweiterte Pupillen zu vermeiden. Die Arbeit hob auch hervor, dass der Wirkstoff zwar in der Flasche stabil blieb, die Linsen selbst jedoch nicht auf Langzeitstabilität nach dem Einweichen getestet wurden – ein Schritt, der notwendig sein wird, bevor diese Technologie am Menschen getestet werden kann.

Letztendlich bietet diese Forschung einen konkreten Schritt zu einer effektiveren Methode zur Bewältigung der Myopie. Durch die Kombination der Stabilität von Nano-Mizellen mit der Bequemlichkeit von Kontaktlinsen hat das Team ein System geschaffen, das den Wirkstoff vor dem Abbau schützt und ihn langsam an das Auge abgibt. Die Studie bestätigt, dass die Linsen den Wirkstoff halten, ihn über mehrere Stunden freisetzen und weitgehend sicher für die Augenzellen sind. Dennoch ist der Weg vom Labor zur Klinik noch nicht abgeschlossen. Die Forscher betonen, dass weitere Arbeit nötig ist, um die exakte Menge des verwendeten Wirkstoffs zu optimieren, sicherzustellen, dass die Linsen für eine Langzeitverwendung sicher sind, und zu verifizieren, dass die Medizin tatsächlich die Rückseite des Auges erreicht, wo sie benötigt wird, um das Wachstum des Auges zu stoppen. Bis dahin stellt dieser Nano-Mizellen-Ansatz ein überzeugendes Proof-of-Concept dar, das eines Tages den täglichen Kampf mit Augentropfen durch eine einfache, effektive Linse ersetzen könnte.