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Life Sciences und
Facility Management

Fachgruppe Pharmazeutische Technologie und Pharmakologie

«Innovative pharmazeutische Forschung und Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchs sind unsere Passion.» 

Dr. Steffi Lehmann
Leiterin Fachgruppe Pharmazeutische Technologie und Pharmakologie

Innerhalb des Forschungsschwerpunkts «Pharma Innovation» arbeitet die Fachgruppe «Pharmazeutische Technologie und Pharmakologie» an neuen Drug Delivery Systemen, um die Anwendung, die Pharmakokinetik und die Effizienz von pharmazeutischen Wirkstoffen zu verbessern. Insbesondere entwickelt und validiert das Pharmateam therapeutische Ansätze, welche es ermöglichen, Arzneistoffe zielgerichtet an ihren Wirkort (erkranktes Organ oder Zielzellen) zu transportieren. Dort soll zum richtigen Zeitpunkt ein therapeutischer Effekt ausgelöst werden (Targeted Drug Delivery). Zum Tätigkeitsgebiet der Fachgruppe gehört auch die pharmakologische Charakterisierung von neuen Wirkstoffen bezüglich deren pharmakokinetischen (PK) und pharmakodynamischen (PD) Eigenschaften sowie deren Toxizität in 2D und 3D Zellkulturmodellen und in Zebrafisch Embryos. Dazu nutzt die Fachgruppe verschiedene mikroskopische Imaging Verfahren (Live Cell Epifluorescence Imaging, Multiphotonen und Konfokalmikroskopie). Im Bereich Pharmatechnologie entwickelt das Team neue feste, halbfeste und flüssige Arzneistoffformulierungen und überprüft deren Qualität (Qualitätsprüfungen gemäss Ph.Eur).

Über uns

Cell imaging at an automated live cell microscope (Biotek Cytation 5).
3D printed, drug-loaded and biodegradable polymer mesh.
Analysis of drug release kinetics.

Für die Entwicklung von neuen Drug Delivery Systemen nutzen wir pharmazeutische Nanoverkapselungssysteme wie extrazelluläre Vesikel (EVs) oder mesoporöse Silikapartikel (MSP), welche sensitive Arzneistoffe verpacken, schützen und durch Oberflächenmodifikation mit Adressmolekülen an ihren Zielort dirigiert werden können. Gemeinsam mit der Fachgruppe Organische Chemie und Medizinalchemie entwickeln wir eine Plattform, um die Oberfläche von Nanocarriersystemen effizient mit Liganden zu modifizieren. In Zusammenarbeit mit der Fachgruppe Funktionsmaterialien und Nanotechnologie nutzt unsere Fachgruppe Methoden der pharmazeutischen Nanotechnologie wie beispielsweise das Electrospinning, um Arzneistoffe in biodegradierbare Polymerfasern einzuarbeiten, welche zur Beschichtung von Wundauflagen oder Implantatsoberflächen genutzt werden können und eine lokale Arzneistofffreisetzung erlauben.

Kompetenzen und Forschung

Entwicklung von neuen Drug Delivery Systemen

Extracellular vesicles as drug carriers for a targeted drug delivery. In a recent project, we have developed a platform for easy functionalization of extracellular vesicles as nanocarriers for a targeted drug delivery. The platform is based on the avidin-biotin system. The tetrameric small protein avidin is displayed on the surface of EVs and effectively functionalized with biotinylated drug molecules, which direct drug-loaded EVs to specific cells (Sabani et al., Journal of Nanomedicine, 2022).

Nanopartikel wie Lipid-basierte Nanopartikel, beispielsweise Liposomen oder von Zellen produzierte extrazelluläre Vesikel, können als Transport-Shuttles für Arzneistoffe genutzt werden. Sie erlauben es, heikle Wirkstoffe so zu verpacken, dass sie vor einem frühzeitigen Abbau im Körper geschützt sind, und ermöglichen deren Verteilung im Organismus. Durch die chemische Modifikation der Partikel-Oberfläche können solche Arzneistoffträgersysteme an spezifische Gewebe oder Zelltypen dirigiert werden. Unser Team untersucht verschiedene Strategien zur chemischen Veränderung der Oberfläche von Wirkstoff-beladenen Nanopartikeln, so dass sich diese in spezifischen Gewebetypen anreichern, um dort durch lokale Freisetzung ihrer Ladung eine gezielte therapeutische Wirkung zu erzeugen.

Formulierungsentwicklung für feste, halbfeste und flüssige Arzneiformen

Tablet produced at Korsch rotary tablet press XL100.

Unser Lab entwickelt pharmazeutische Arzeinstoff-Formulierungen. Der Hauptfokus liegt dabei auf der Herstellung von Tabletten als die bei weitem häufigste galenische Zubereitung. Sie werden durch Pressen gleich grosser Volumina von kristallinen, gepulverten oder granulierten Arzneistoffen bzw. Gemischen, meist unter Zusatz von Hilfsstoffen, in entsprechenden Tablettenmaschinen unter Anwendung eines hohen Druckes hergestellt. Durch Auswahl und Kombination von geeigneten Hilfsstoffen können Tabletteneigenschaften wie z.B. Zerfallszeit und Wirkstofffreigabe modifiziert werden. Unsere Fachgruppe hat die notwendige Expertise und ist ausgerüstet für die

  • Optimierung von Tablettenrezepturen, Testen von neuen Tablettierhilfsstoffen
  • Entwicklung von überzogenen Tabletten
  • Qualitätsprüfungen von Tabletten gemäss Europäischer Pharmakopöe

DMPK/PD Untersuchungen in vitro und in vivo (2D, 3D Zellkultur und Zebrafisch Embryos)

Zebrafish embryo, 48 h post fertilization, intravenously injected with FITC-dextran (70 kDa) for visualization of the fish vasculature. Scale, 300 micrometer.

Wir testen neue Wirkstoffkandidaten hinsichtlich ihrer pharmakodynamischen (PD) und pharmakokinetischen (PK) Eigenschaften.

4T1 mouse breast carcinoma tumor spheroid, embedded in an extracellular collagen matrix and stained with phalloidin (green, actin filaments) and DAPI (blue, cell nuclei). Image acquired using multiphoton microscopy. Scale, 50 micrometer.

Neben biochemischen Testverfahren führen wir dafür Assays in 2D und 3D Gewebekulturen und Zebrafisch Embryos durch. Um die molekularen und zellulären Wirkmechanismen von neuen Arzneistoffen zu klären, hat sich das Lab auf die Nutzung verschiedener mikroskopischer Imaging Verfahren (Live Epifluorescence Imaging, konfokale Mikroskopie und Mulitphotonenmikroskopie) spezialisiert.

Timelapse Mikroskopie zur Analyse des zellullären Uptake von Nanopartikeln oder der Zellmigration

In vitro und in vivo Toxizitätsassays

Wir führen für neue Wirkstoffkandidaten ein toxikologisches Profiling durch. Dazu machen wir klassische Zytotoxizitäts-Experimente in Zellen sowie auch toxikologische Untersuchungen an Zebrafisch Embryos.

Biopolymere

A: Microscopic image of a hot-melt extruded Zein (biopolymer derived from maize) filament B: 3D FDM printed tablet, produced from Zein filament. C: Scanning electron micrograph of electrospun Zein nanofibers, D: Higher magnification SEM images of electrospun Zein nanofibers.

Polymere werden in der pharmazeutischen Technologie vielseitig eingesetzt, beispielsweise für die Entwicklung von neuen Drug Delivery Systemen, das Coating von Tabletten oder Nanostrukturen. Dabei kommen sowohl Polymere von natürlichem Ursprung als auch synthetische Moleküle zum Einsatz. Wir testen pflanzliche Biopolymere für verschiedene Anwendungen, beispielweise für die Herstellung von elektrogesponnenen Nanostrukturen, welche im Bereich Tissue Engineering oder auch für eine lokale Arzneistoffabgabe eingesetzt werden können. Als Kunststoffersatz sind Biopolymere zudem für die Verwendung in pharmazeutischen Verpackungen oder Beschichtungen interessant.

Projekte

News

ZHAW Medienmitteilung (04/2023): Chemiestudentin erhält Max Lüthi Preis für Bachelorarbeit zu Nanopartikeln für den Wirkstofftransport

DIZH Fellowship 2022 / Steffi Lehmann: Set-up of a combined in silico/in cellulo screening platform to identify novel anti-fibrotic drugs 

 

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