Wirkstoff-Delivery-Systeme in der Werkstoff- und Biomedizintechnik

Unter Delivery bzw. Deliveries versteht man im werkstoff- und biomedizintechnischen Kontext die kontrollierte Bereitstellung und Freisetzung von Wirkstoffen aus speziell entwickelten Trägersystemen. Zentrales Ziel ist es, die pharmakologisch wirksame Substanz räumlich (targeted delivery), zeitlich (kontrollierte oder verzögerte Freisetzung) und mengenmäßig (definierte Dosisprofile) präzise zu steuern.

Werkstoffe für Arzneimittel- und Gentherapie-Delivery-Systeme umfassen degradierbare Polymere, anorganische Nanopartikel, Hydrogele, Lipid- und Hybridträger. Ihre chemische Zusammensetzung, Porenstruktur, Oberflächenfunktionalisierung und Abbaukinetik bestimmen Beladungskapazität, Diffusionsraten und Freisetzungsprofile. Beispielsweise erlaubt die kovalente oder physikalische Bindung von Doxorubicin in Polymermatrices eine lokal begrenzte, langzeitstabile Abgabe bei gleichzeitig reduzierter systemischer Toxizität.

Implantatassoziierte Medikamentenabgabe koppelt strukturelle Funktionen (z.B. Knochenimplantat) mit lokaler Wirkstofffreisetzung, etwa zur Infektionsprophylaxe oder zur osteoinduktiven Stimulation. Probeneinführungs- und Abgabesysteme in mikrofluidischen und diagnostischen Plattformen benötigen dagegen hochpräzise Transport- und Dosiermechanismen bei sehr kleinen Volumina.

Für gentherapeutische Versorgungsansätze treten zusätzlich Anforderungen an Schutz und kontrollierte Freisetzung von Nukleinsäuren sowie an zell- und gewebespezifisches Targeting hinzu. Zentrale Herausforderungen bleiben Biokompatibilität, Skalierbarkeit, reproduzierbare Herstellbarkeit und die Vorhersagbarkeit der in vivo-Delivery unter komplexen biologischen Randbedingungen.

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