LEHRSTUHL FÜR

MEDIZINTECHNISCHE SYSTEME

Pharmakokinetische Modellierung

Die Pharmakokinetik ist die Wissenschaft, die sich mit der Geschwindigkeit und dem Ausmaß der Absorption, der Verteilung, des Stoffwechsels und der Ausscheidung von Chemikalien oder Arzneimitteln im Körper befasst und dabei experimentelle Techniken und mathematische Modellierungsansätze verwendet. Zu den pharmakokinetischen Parametern, die diese Prozesse beschreiben, gehören Verteilungsvolumen, Clearance, Halbwertszeit, maximale Konzentration, Fläche unter der Konzentrationskurve und Bioverfügbarkeit. Diese Parameter können mithilfe mathematischer Modelle, die den pharmakokinetischen Prozess simulieren, bestimmt oder geschätzt werden.

Zu den Vorteilen pharmakokinetischer Modelle gehören ihre große Extrapolationsfähigkeit (d. h. über Dosen, Verabreichungswege und Spezies hinweg) und die Fähigkeit, die Dosimetrie des Zielgewebes vorherzusagen, was für nanomedizinische Anwendungen wichtig ist. Durch den Vergleich von Modellsimulationen und experimentellen Daten erhalten wir Einblicke in die Abhängigkeit von Spezies, Größe, Dosis, Verabreichungsweg und Oberflächenchemie in der Pharmakokinetik von Nanopartikeln (Abb. 1).

Abb. 1: Mechanismen des Transports und der Aufnahme von Nanopartikeln in die Zielorgane

In unserer Arbeit stellen wir uns dem Problem, dass die CT, die auf der herkömmlichen Röntgenabsorptionsbildgebung basiert, keine funktionellen Informationen auf molekularer Ebene liefert. Daher ist es sehr interessant, neue hochauflösende Techniken für die funktionelle CT zu entwickeln.
Ein vielversprechender Ansatz ist die Verwendung von funktionalisierten Goldnanopartikeln, die an Biomoleküle gebunden sind. Für diese konnte bereits gezeigt werden, dass eine spezifische Tumorabbildung zumindest prinzipiell mit konventioneller CT möglich ist, allerdings bei einer Konzentration und Strahlendosis, die für die klinische Bildgebung viel zu hoch ist.

Unser Ansatz hingegen basiert auf dem Nachweis der Röntgenfluoreszenzemission dieser funktionalisierten Gold-Nanopartikel. Dies ermöglicht den Nachweis einer Konzentration des auf Goldnanopartikeln basierenden Tracers bis hinunter in den nanomolaren Bereich. Die pharmakokinetische Modellierung der Au-Nanopartikel-Verteilung in den Kompartimenten des Körpers ist eine notwendige Voraussetzung für die Simulation der Bildentstehung.

• Wir bieten Themen für Bachelor- und Masterarbeiten für Studierende verschiedener ingenieurwissenschaftlicher Fachrichtungen (z.B. Biosystemtechnik, Molekulare Biosysteme, Medizinische Systemtechnik, Ingenieurkybernetik etc.). Bei Interesse nehmen Sie bitte per E-Mail Kontakt mit uns auf und geben Sie folgende Informationen an: Kurzlebenslauf, Zeugnis, Interessengebiete und gewünschter Eintrittstermin.