KI kann helfen, Medikamente im Körper besser aufzulösen

Ohne ausreichende Löslichkeit gelangen Medikamenten-Wirkstoffe im Körper oft nicht dorthin, wo sie gebraucht werden: ins Blut und weiter zu den Zielzellen. Das ist tatsächlich ein massives Problem in der Pharmaforschung, bis zu 90 Prozent der neu entwickelten Wirkstoffe kämpfen mit dieser sogenannten Löslichkeitskrise. Wenn sich ein Arzneistoff zu langsam auflöst, droht er seine Wirkung zu verlieren – selbst, wenn er im Labor bestens funktioniert hat.

Medikamente im Wandel

Um diesen Engpass zu überwinden, verändern Forschende die physikalische Gestalt vieler Medikamente. Üblicherweise liegen sie in kristalliner Form vor: stabil, aber schwer löslich. Wird daraus jedoch eine amorphe Struktur, also eine ungeordnete Molekülanordnung, steigt ihre Wasserlöslichkeit deutlich – ein entscheidender Fortschritt für die Wirksamkeit. Eine gängige Methode dafür ist das Verdampfungs-Kondensationsverfahren, kurz EV. Dabei lagern sich Medikamente an poröse Materialien wie mesoporöses Siliziumdioxid (MPS) an. Das verhindert, dass sie wieder kristallisieren. Doch der Einsatz starker organischer Lösungsmittel bleibt ein Problem, und zwar sowohl für die Umwelt als auch für die Gesundheit.

Arznei ohne Lösungsmittel

Ein Forschungsteam der Tokyo University of Science (TUS) unter Leitung von Professor Takehisa Hanawa hat eine nachhaltige Alternative gefunden. Gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen anderer japanischer Universitäten entwickelte es die sogenannte SH-Methode (Sealed Heating), die gänzlich ohne organische Lösungsmittel auskommt. In ihrer jüngsten Veröffentlichung im Journal of Pharmaceutical Sciences beschreibt das Team, wie sich Medikamente allein über die Gasphase in MPS einlagern lassen. Damit wird der Lösungsprozess vollständig umgangen. Dieser Schritt könnte die Herstellung sauberer und sicherer machen.

KI und Präzision in der Medikamentenforschung

Bei der SH-Methode versiegelt man eine Mischung aus Arzneimittelpulver und MPS in einem mild erhitzten Vakuum. Der Wirkstoff sublimiert, das heißt, er geht direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über. Anschließend lagern sich die Moleküle an die Porenwände an und bleiben dort amorph und stabil. Diese Form erhöht die Löslichkeit deutlich. Für ihre Experimente verwendeten die Forschenden Ibuprofen, einen gängigen Wirkstoff mit guter Sublimationseigenschaft. Mit moderner Analytik einschließlich KI-gestützter Auswertung verglichen sie die Ergebnisse mit klassischem Mischen und dem herkömmlichen EV-Verfahren. Sie  analysierten Kristallstruktur, Porenverhalten und molekulare Bindung.

Bessere Freisetzung

Das Resultat überraschte: Unter optimalen Bedingungen arbeitete die SH-Methode ebenso effizient wie das etablierte EV-Verfahren. Vor allem Siliziumdioxid mit größerem Porenvolumen ermöglichte eine besonders gleichmäßige und amorphe Verteilung des Ibuprofens. Die Auflösungstests zeigten, dass die neuen MPS-Formulierungen das Medikament fast dreimal schneller freisetzten als das ursprüngliche kristalline Ibuprofen. Gleichzeitig blieb der Wirkstoff chemisch unverändert – es kam zu keinerlei unerwünschten Reaktionen mit dem Trägermaterial.

Medikamente nachhaltiger herstellen

Damit präsentiert sich die SH-Methode auch als umweltfreundliche Lösung der sogenannten Löslichkeitskrise. „Die Tatsache, dass Arzneimittel direkt über die Gasphase auf MPS geladen werden können, macht die SH-Methode zu einer umweltfreundlichen und sicheren Technik zur Arzneimittelladung, die keine organischen Lösungsmittel erfordert“, erklärt Prof. Hanawa. Ein weiterer Vorteil: Der gesamte Herstellungsprozess wird unkomplizierter, kostensparender und erfüllt strengere Umweltauflagen. Gerade in Zeiten wachsender Nachhaltigkeitsanforderungen ist das ein starkes Argument für die pharmazeutische Industrie.

Neue Möglichkeiten für kombinierte Medikamente

Darüber hinaus sehen die Forschenden Potenzial für Kombinationspräparate. Da die Methode auf physikalischer Adsorption basiert, könnten künftig mehrere Medikamente auf demselben Träger kombiniert werden. Das wäre ein wichtiger Schritt in Richtung multifunktionaler Tablette. Hanawa und sein Team sind überzeugt, dass unter anderem entzündungshemmende Wirkstoffe wie Flufenaminsäure, Mefenaminsäure oder Aspirin mit der Methode in MPS eingebracht werden könnten. So eröffnen sich neue Ansätze für die Medikamentenentwicklung in Forschung und Industrie.