Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin
Ein Forschungsteam des Fraunhofer ITEM hat erstmals gezeigt, dass sich Medikamentenspiegel direkt in der menschlichen Lunge über Partikel in der Ausatemluft messen lassen – ein entscheidender Durchbruch für die zielgerichtete Entwicklung und Optimierung inhalativer Therapien. Der völlig neue Ansatz zur Messung der Arzneimittelverteilung in der Lunge ist im Fachjournal Journal of Aerosol Medicine and Pulmonary Drug Delivery erschienen (DOI: 10.1089/jamp.2024.0032).
In der klinischen Studie erhielten gesunde Probanden entweder eine inhalative oder orale Dosis des Bronchodilatators Salbutamol. Anschließend wurden sogenannte Exhaled Breath Particles (PEx) gesammelt – winzige Tröpfchen aus der Ausatemluft, die entstehen, wenn beim Einatmen zuvor kollabierte kleine Atemwege wieder aufgehen. Die Analyse zeigte: Nach Inhalation ließen sich aus diesen Partikeln klare pharmakokinetische Profile ableiten, mit deutlich höheren Wirkstoffkonzentrationen verglichen mit Proben aus der Nase und dem Blut.
Die Studie liefert damit einen überzeugenden Proof-of-Concept, dass sich mit PEx-Proben Medikamentenspiegel direkt im epithelialen Lungenflüssigkeitsfilm bestimmen lassen – nicht-invasiv und gezielt.
Der Veröffentlichung ging eine jahrzehntelange wissenschaftliche Entwicklung voraus. Bereits 2005 hatten Prof. Dr. Jens Hohlfeld und Dr. Olaf Holz im Rahmen einer Task Force der European Respiratory Society auf die Limitierungen der klassischen Ausatemluftanalyse (Exhaled Breath Condensate, EBC) hingewiesen. Ihre zentrale Forderung damals: Partikel aus der Ausatemluft müssen gezielt erfasst und physikalisch wie analytisch charakterisiert werden, um verlässliche Aussagen über Prozesse in der Lunge treffen zu können. Daraus entstanden zwei Forschungsstränge – ein DFG-Projekt zur physikalischen Charakterisierung exhalierten Aerosols, inklusive Messungen in der Schwerelosigkeit, sowie die technische Entwicklung eines Auffanggeräts für PEx-Partikel, initiiert von der schwedischen Forscherin Prof. Anna-Carin Olin an der Universität Göteborg. Das heute kommerziell verfügbare Gerät (PExA) wurde nun erstmals für eine pharmakokinetische Untersuchung erfolgreich eingesetzt.
Die Studie markiert einen Meilenstein in der Entwicklung nicht-invasiver Methoden zur Bestimmung der Wirkstoffverteilung in der Lunge – ein entscheidender Schritt für die zielgerichtete Optimierung inhalativer Therapien. Für diese wegweisende Studie wurde Prof. Dr. Jens Hohlfeld, Leiter der Atemwegsforschung am Fraunhofer ITEM, gemeinsam mit Dr. Olaf Holz mit dem renommierten Willi-Stahlhofen-Preis der International Society for Aerosols in Medicine (ISAM) ausgezeichnet.
