Albumin als potenzielles Arzneiträgersystem

Berlin -

Das körpereigene Protein Albumin ist für die Regulierung des kolloidosmotischen Drucks verantwortlich. Zudem ist es auch aus der Plasmaproteinbindung bekannt. Physiologisch kommt es nur gelöst in Wasser vor. Wissenschaftler der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) haben ein Verfahren entwickelt, mit dem sich verschiedene Gele auf Albuminbasis herstellen lassen. Die im Fachjournal „Biomaterials Science“ der Royal Society of Chemistry veröffentlichten Studienergebnisse könnten künftig in der Entwicklung neuartiger Arzneiträgersysteme verwendet werden, die besser resorbiert werden können.

Serumalbumin ist das häufigste Protein im humanen Blutplasma und kann Konzentrationen von 40 bis 50 mg/ml erreichen. Zudem ist die Substanz der primäre Träger verschiedener gelöster Stoffe im Plasma. „Albumin ist für viele wichtige Prozesse im Körper zuständig: Es kann die Zellmembranen durchdringen und so zum Beispiel essentielle Substanzen in die Zellen transportieren und es hilft auch bei der Entgiftung der Zellen“, sagt Professor Dr. Dariush Hinderberger, Chemiker an der MLU. Das Protein wird aktuell bei der Herstellung von Impfstoffen als Stabilisierungsmittel zugegeben oder als Plasmaersatzmittel eingesetzt, allerdings nicht in Form eines Gels.

In den biomedizinischen Wissenschaften gibt es eine zunehmende Notwendigkeit, neue Materialien zu entwickeln, die die gewünschten Affinitäten zu biologischen und therapeutischen Materialien und gleichzeitig eine hohe Biokompatibilität aufweisen. Serumalbumin ist in dieser Hinsicht ein Modellprotein in vielen Studien, da es stabil ist sowie geringe Kosten verursacht. Zudem hat es eine hohe Verfügbarkeit. „Die Albumin-Gele entstehen bisher eher als ärgerliches Zufallsprodukt bei der normalen Laborarbeit“, sagt Hinderberger.

Künftige könnten sie jedoch in der Herstellung sogenannter Wirkstoff-Implantate verwendet werden, die eine Wirkstofffreisetzung über einen längeren Zeitraum ermöglichen. So könnten sich Patienten regelmäßiges Spritzen ersparen. „Um zu überprüfen, ob sich auf der Basis von Albumin-Gelen potentielle Wirkstoffträger entwickeln lassen, muss man aber zunächst verstehen, wie und warum sich die Gele bilden“, so der Wissenschaftler, der seit mehr als zehn Jahren zu Albumin und dessen Struktur, Dynamik und Transporteigenschaften forscht.

Die Chemiker der MLU untersuchten verschiedene Albumin-Lösungen, um herauszufinden, was genau mit den Proteinteilchen und ihrer Struktur passiert, wenn bestimmte Parameter verändert werden. Sie testeten zunächst, welchen Einfluss der pH-Wert der Lösung auf die Gelbildung hat. Anschließend wurden die Flüssigkeiten erhitzt und dann zu verschiedenen Zeitpunkten analysiert. Für die Experimente wurden bovines und humanes Albumin in Form eines lyophilisierten Pulvers verwendet. Außerdem wurde die Rheologie der Gele charakterisiert.

Um die Veränderungen sichtbar zu machen, nutzten die Wissenschaftler die Infrarot-Spektroskopie. Die Arbeitsgruppe um Hinderberger konnte zeigen, wie die Strukturänderung des Albumins bei Hitze aussieht: Das Proteinknäuel öffnet sich und kann so leichter mit anderen Teilchen verklumpen, wodurch das Gel entsteht. Auf Grundlage dieser Erkenntnis konnten sie ein weiteres, wesentlich weicheres Gel herstellen, für das eine niedrige Temperatur eine Lösung mit einem neutralen pH-Wert ausgewählt wurde. „Unter diesen Bedingungen veränderten die einzelnen Albuminmoleküle ihre Struktur nur wenig, wodurch sich die grundlegend andere mechanische Eigenschaften des Gels ergeben“, erklärt Hinderberger.

In ersten Untersuchungen konnten die Forscher zudem auch zeigen, dass sich Fettsäuren sehr gut mit dem Gel verbinden lassen. Ob sich die Albumin-Gele grundsätzlich als Wirkstoffträger für Arzneimittel eignen, müssten Folgestudien klarstellen.