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Medikament-Freisetzung per "Lichtschalter"

WissenschaftlerInnen suchen schon lange Methoden, um Materialien ohne Berührung zu bearbeiten – eine elegante Möglichkeit dafür ist die Nutzung von Licht.

JKU-ForscherInnen um die Assoz. Univ-Professoren Dr. Uwe Monkowius und Dr. Ian Teasdale haben Hydrogele entwickelt, die quasi per „Lichtschalter“ abgebaut werden.

Vor allem im biomedizinischen Bereich wurde in den vergangenen Jahren das Potenzial von lichtempfindlichen Systemen untersucht. „Die Möglichkeit, Materialien berührungsfrei zu manipulieren, eröffnet eine große Bandbereite an potenziellen Anwendungen“, so Monkowius.

Ein wesentliches Problem bei vielen Verfahren, die Licht zur Veränderung von Materialieneigenschaften einsetzen, ist die Verwendung von UV-Strahlung. Dieses Licht ist für biologische Systeme ungeeignet, weil die energiereiche Strahlung direkt das biologische Gewebe schädigt und nur eine geringe Eindringtiefe aufweist. Tiefer liegende Bereiche kann das verwendete Licht nicht erreichen, da es zuvor durch das Gewebe absorbiert wird.

Den Doktorandinnen Sabrina Theis und Aitziber Iturmendi ist es unter Leitung von Ian Teasdale (Institut für Polymerchemie) und Uwe Monkowius (Linz School of Education) in einem durch den FWF geförderten Projekt nun gelungen, ein Hydrogel herzustellen, das einen geringen Anteil an lichtempfindlichen Ruthenium-Verbindungen enthält (rote Kugeln in Abbildung 1).

Viele Anwendungsmöglichkeiten
Gele sind aus diversen Alltagsgegenständen wie Lebensmittel (Gelatine), Kontaktlinsen und Haargelen bekannt. Dabei handelt es sich um schwammartige, dreidimensionale Netzwerke, in deren Poren sich Wasser oder ein organisches Lösungsmittel befinden. Die Ruthenium-Verbindungen wirken dabei als Sollbruchstellen des Hydrogels und führen unter Bestrahlung mit sichtbarem Licht zu einem Abbau in kleinere Bestandteile.
In Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der TU Wien konnte zusätzlich gezeigt werden, dass die Gele auch unter Einfluss von Infrarotstrahlung abbauen, wenn die Strahlung nahe genug ist. Nahes Infrarot ist deutlich energieärmer als sichtbares oder UV-Licht, schädigt biologisches Gewebe weniger und hat größere Eindringtiefen. So konnte z.B. das JKU-Logo in 3D in den Gelen visualisiert werden (siehe Abbildung 2).

Keine Nachteile bekannt

Vorteile dieser Hydrogele sind der photochemische Abbau in wässriger Umgebung und vor allem die Verträglichkeit: Bei den in der Photoreaktion entstandenen Ruthenium-Verbindungen sind bis jetzt keine zelltoxischen Effekte nachgewiesen worden. Aus diesem Grund qualifizieren sich die Gele für eine Anwendung auch in Zellen und im Gewebe. Sie könnten daher eine kontrollierte Wirkstofffreisetzung von Medikamenten im Körper ermöglichen oder die Umgebung von Zellen strukturieren. Letzteres bezeichnet man als cell patterning.

In Zukunft wird sich die interdisziplinäre Forschergruppe mit der Verbesserung der Geleigenschaften beschäftigen und versuchen, weitere Anwendungen zu untersuchen.

Das Paper finden Sie hier.

Foto: Eine Hydrogel-Probe, in der das JKU-Logo mittels "Lichtschaltung" sichtbar gemacht wurde

 

[Christian Savoy]