Nanotechnologie hat in den letzten Jahren erstaunliche Fortschritte im Bereich der Wirkstoffabgabe gemacht. Insbesondere in der Nanomedizin werden Nanomaterialien als Bildgebungsagentien oder für die Wirkstoffabgabe eingesetzt. Eine vielversprechende Plattform in der Biomedizin sind dabei Nanopartikel aufgrund ihrer geringen Größe, ihrer Fähigkeit in Zellen einzudringen und ihrer großen Oberfläche. Nanopartikel können die Bioverfügbarkeit von Medikamenten erhöhen, den Abbau von Medikamenten reduzieren, die Löslichkeit von hydrophoben Medikamenten verbessern und die Freisetzung von Medikamenten kontrollieren. Zudem können sie die Pharmakokinetik modifizieren, die zelluläre Aufnahme selektiv erhöhen und spezifische Krankheitsstellen ansprechen.
Es gibt drei Arten von Nanopartikeln: anorganische, lipidbasierte und polymerbasierte. Insbesondere polymerbasierte Nanopartikel sind in der Biomedizin sehr interessant, da sie vielseitig einsetzbar sind. Natürliche Polymere wie Proteine werden aufgrund ihrer Erneuerbarkeit, Biokompatibilität, Biodegradierbarkeit, Nicht-Immunogenität und Nicht-Toxizität bevorzugt. Proteine ermöglichen zudem verschiedene Methoden zur Medikamentenbeladung aufgrund ihrer definierten Primärstruktur. Eines der gebräuchlichsten Proteine in der Nanomedizin ist das menschliche Serumalbumin (HSA). Träger aus Albumin sind leicht herzustellen, biologisch abbaubar und können aufgrund der reaktiven funktionellen Gruppen in ihrer Struktur verschiedene Arten von Medikamenten aufnehmen. Tatsächlich hat die FDA die Verwendung von albumin-gebundenen Paclitaxel-Nanopartikeln (Abraxane) zur Behandlung einiger Tumore wie Brustkrebs, Lungenkrebs und fortgeschrittenem Bauchspeicheldrüsenkrebs zugelassen.
Keratin und Fibroin haben sich als ausgezeichnete Kandidaten für die Herstellung von Nanopartikeln für die Wirkstoffabgabe erwiesen. Keratin ist das abundanteste biologisch abbaubare Nicht-Lebensmittelprotein und stellt den Hauptbestandteil von Wolle, Nägeln, Haaren, Hörnern und Federn dar. Es ist mechanisch, thermisch und chemisch stabil. Zudem enthält es Motive, die eine Bindung mit Liganden der Zelloberfläche eingehen und die Zelladhäsion fördern können. Fibroin ist ein natürliches polymeres Biomaterial mit hervorragenden strukturellen Eigenschaften, mechanischer Festigkeit, kontrollierter Biodegradierbarkeit und nicht-entzündlicher Aktivität. Fibroin kann aus den von Seidenspinnern (Bombyx mori) und Spinnen produzierten Fasern gewonnen werden. Die FDA hat die Anwendung von Fibroin für Nahtmaterial, Geweberegeneration, Gerätebeschichtung und Wirkstoffabgabesysteme zugelassen. Beide Polymere weisen hohe Molekulargewichte auf, die sie für die Verarbeitung in verschiedenen strukturellen Materialien wie Filmen, Schwämmen, elektrogesponnenen Fasern und Nanopartikeln besonders geeignet machen.
In dieser Übersicht werden die wichtigsten Methoden zur Herstellung von Keratin- und Fibroin-Nanopartikeln zusammengefasst, wobei der Fokus auf ihren Anwendungen in der Wirkstoffabgabe und -freisetzung liegt.
