Mikromotoren für die aktive Arzneimittelabgabe: Grünalgen als innovatives System

Kalifornische Wissenschaftler haben lebende Grünalgen eingesetzt, um Doxorubicin in den Magen-Darm-Trakt von Mäusen zu transportieren.

Die Spezies Chlamydomonas reinhardtii schwingt ihre Geißeln, um sich mit einer Geschwindigkeit von bis zu 120 Mikrometern pro Sekunde vorwärtszubewegen. Mit Nanopartikel beladene Algen setzte das Team auch bereits bei Mäusen mit bakterieller Pneumonie mit Erfolg ein (doi.org/10.1038/s41563-022-01360-9).

Hintergrund ist, dass der Einsatz von Mikromotoren für die aktive Arzneimittelabgabe über orale Verabreichung in letzter Zeit beträchtliches Interesse geweckt hat. Eine effiziente motorunterstützte Abgabe in den Gastrointestinaltrakt (GI) bleibe jedoch aufgrund der kurzen Lebensdauer des Antriebs der derzeit verwendeten Mikromotorplattformen eine Herausforderung, schreibt das Team um Fangyu Zhang von der University of California San Diego in La Jolla, USA.

Das Team stellt in der Zeitschrift „Science Robotics“ eine effiziente Motorplattform auf Algenbasis vor, die sich das schnelle und langanhaltende Schwimmverhalten natürlicher Mikroalgen in Darmflüssigkeit zunutze macht, um die lokale Retention im Magen-Darm-Trakt zu verlängern. Die „Algenmotoren“ wurden in einer pH-empfindlichen Kapsel platziert, um die Abgabe im Dünndarm zu verbessern. Dabei kamen zudem mit fluoreszierendem Farbstoff oder Zellmembran beschichtete Nanopartikel zum Einsatz.

Wie die Autoren berichten, zeigten die Algenmotoren In vitro nach 12 h Dauerbetrieb ein konstantes Bewegungsverhalten in simulierter Darmflüssigkeit. Wurden sie oral Mäusen verabreicht, verbesserten sie die GI-Verteilung der Farbstoffnutzlast im Vergleich zu herkömmlichen Mikromotoren auf Magnesiumbasis, die durch eine kurze Antriebslebensdauer limitiert sind, erheblich. Auch die Retention der als Modell eingesetzten Nutzlast aus Doxorubicin mit passiver Nanopartikelformulierung im GI-Trakt verbesserte sich. „Insgesamt führt die Kombination aus effizienter Bewegung und verlängerter Lebensdauer von Motoren auf natürlicher Algenbasis mit den protektiven Eigenschaften oraler Kapseln zu einer vielversprechenden Mikromotorplattform, die in der Lage ist, eine stark verbesserte Frachtabgabe in GI-Gewebe für praktische biomedizinische Anwendungen zu erreichen“, bilanzieren die Wissenschaftler.