Die Chemie der Medikamente Galenik - research - research

Galenik
Die Chemie der Medikamente
Ein Service der Bayer AG für die Unterrichtsgestaltung
zum Forschungsmagazin „research“ Ausgabe 23
Forschung aktuell
Ein Service für den Unterricht
Titelmotive
Stationen einer Tablette:
Auf dem Weg vom Labor bis
in die Apotheke durchläuft
ein neuer Wirkstoff unterschiedliche Tests und Qualitätskontrollen. Jede einzelne
Tablette muss sich dabei den
prüfenden Blicken vieler
Experten stellen.
„Forschung aktuell“ ist ein Service der Bayer AG für den
naturwissenschaftlichen Unterricht und die Ausbildung.
Dieses Material soll es Lehrern und Dozenten erleichtern
– zusätzlich zu den Themen in den Schulbüchern –, auch
aktuelle Forschungsarbeiten aus Physik, Chemie, Umweltund Biowissenschaften im Unterricht aufzugreifen. Wir
hoffen, dass wir damit dazu beitragen, die Faszination
und die Bedeutung moderner Forschung für das tägliche
Leben zu vermitteln und so die Schüler für den natur­
wissenschaftlichen Unterricht zu motivieren.
Gesichtspunkte neuer Entwicklungen aus der Forschung,
setzen sie in den Kontext der naturwissenschaftlichen Bildung und machen so für die Schüler die praktische Umsetzung von theoretischem Wissen in Forschungsergebnisse
anschaulich und nachvollziehbar.
Die Bayer AG ist ein forschungsorientierter, international
agierender Konzern mit einem breiten Spektrum von Produkten und Leis­tungen – in den Bereichen Gesundheit,
Ernährung und hochwertige Materialien.
Seit über 20 Jahren stellt das Unternehmen seine Forschung
im jährlich erscheinenden Magazin „research“ einer breiten Öffentlichkeit vor: Es richtet sich an naturwissenschaftlich orientierte Schüler, Lehrer und Studenten, aber
auch an Wissenschaftler, Hochschullehrer und ­Kunden
des Unternehmens. Das 88-seitige ­Magazin erscheint in
einer Auflage von rund 170.000 Exemplaren auf Deutsch
und Englisch.
In „Forschung aktuell“ werden die Themen allgemein verständlich und fächerübergreifend dargestellt. Die Materialien lassen sich in verschiedenen Unterrichtsfächern
einsetzen. Alle Arbeitsblätter sind didaktisch aufeinander
abgestimmt. Die Entwicklung wurde von Fachpädagogen
begleitet. Das vorliegende Material soll Lehrer bei der Vorbereitung und bei der Gestaltung einer Unterrichtseinheit
unterstützen.
Anhand von konkreten, die Schüler motivierenden und leicht
fassbaren Beispielen erklären die Arbeits­blätter einzelne
Das Thema ist dem Bayer-Forschungsmagazin „research“
entnommen. Texte, Grafiken und Fakten wurden speziell
für die Verwendung im Unterricht unter pädagogischen
Gesichtspunkten überarbeitet.
Bayer AG
Konzernkommunikation
Gebäude W 11
Dr. Katrin Schneider
51368 Leverkusen
Inhalt
Die Chemie der Medikamente
Informationsblätter
Die Kunst der richtigen Verpackung
Der Weg eines Wirkstoffs durch den Körper
Wirkstoffe frühzeitig auf Bestform trimmen Galenik am Beispiel Aspirin™ 1a - c
2a - b
3a - b
4a - d
www-Hinweise
Hilfreiches aus dem Internet
5
Infografiken
Die Gesundheitshelfer
Pharmakokinetik
Aspirin™-Synthese
I
II
III
Die Chemie der Medikamente
1_ a
Die Kunst der richtigen Verpackung
Für jeden Patienten die richtige Form
Gute Medizin braucht optimale Verpackung – ein schlagkräftiger Wirkstoff allein reicht nicht aus. Damit die
Substanz effektiv ihre Arbeit erledigen kann, muss sie
zur passenden Zeit und in optimaler Dosis an den richtigen Ort gelangen. Doch wie kommt es, dass manche
Wirkstoffe als Tablette geschluckt und andere in Lösung
gespritzt werden? Den Aspirin™-Wirkstoff Acetylsalicylsäure (ASS) gibt es zum Beispiel verpackt in Brause-,
Kau- und Schlucktablette ebenso wie im Granulat, das
rasch auf der Zunge zergeht. Denn je nach Therapieansatz haben Forscher die passende Darreichungsform
entwickelt. Die Experten aus dem Fachgebiet der Formulierungstechnik wissen, wie man Wirkstoffe so „verpackt“,
dass sie nicht bitter schmecken, im Magen nicht zerstört
werden, rasch aus dem Darm ins Blut gelangen, in der
Leber nicht sofort abgebaut werden – und im besten Fall
lange wirken. Ohne diese Kunst gäbe es nur Wirkstoffe,
aber keine Medikamente.
Bestform gesucht:
Je früher Forscher wissen, in
welcher Zusammensetzung
und Darreichungsform sich
ihre neu gefundene Subs­
tanz verarbeiten lässt, desto
besser und zielgerichteter ist
auch die Entwicklungsarbeit
der Galeniker.
Das Fachgebiet dieser Formulierungstechnik heißt Galenik – benannt nach dem griechischen Arzt Galenos von
Pergamon (131 – 201 n. Chr.). Dieser praktizierte vor mehr
als 1.800 Jahren in Rom und soll schon damals das Ziel
verfolgt haben, Arzneistoffe in die passende Form zu bringen. Die Wissenschaft – auch pharmazeutische Technologie oder Arzneiformenlehre genannt – beschäftigt sich
auch heute noch damit, in welcher Form ein neuer Wirkstoff in die Apotheken kommt: ob als Tablette, Pflaster,
Paste, Spritze oder Spray. Aber für manche Therapien und
Substanzen sind auch Dragees, Salben, Flüssigkeiten oder
Zäpfchen das richtige Transportmittel. Je nach Verpackung
gelangt ein Wirkstoff auf unterschiedlichen Wegen und
mal schneller oder langsamer in den Körper. Welche Darreichungsform tatsächlich am besten geeignet ist, hängt
nicht nur von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des Arzneimittels ab. Auch wo, wann und wie
lange ein Präparat wirken soll und ob es beispielsweise von
einem Kind oder Erwachsenen eingenommen wird, spielt
eine Rolle. Jede Darreichungsvariante hat ihre Eigenheiten.
Die Chemie der Medikamente
1_ b
Die Kunst der richtigen Verpackung
Die Vielfalt des Medikamentenmarkts
Am weitesten verbreitet ist die Tablette, die über den
Mund (oral) eingenommen werden kann. Tabletten gibt
es in vielen verschiedenen Formen und Größen. Sie sind
einfach herzustellen und lange haltbar. Ein oder mehrere
Wirkstoffe sind in der Regel mit Hilfsstoffen – zum Beispiel mit Milchzucker – vermischt und gepresst. ­Dragees
sind zusätzlich mit einer glatten und glänzenden Zuckerschicht überzogen, auch Filmtabletten haben eine dünne
Beschichtung: Sie schützt vor Feuchtigkeit, lässt die
Tablette besser „rutschen“ und neutralisiert den Wirkstoffgeschmack. Um einen Wirkstoff vor Magensäure
zu schützen, können Tabletten auch mit einer speziellen,
magensaftresistenten Schutzschicht überzogen werden.
Dadurch wird die Substanz erst im Dünndarm freigegeben.
Kapseln umhüllen ein Arzneimittel in Pulver-, Granulat- oder flüssiger Form. Die Hülle, die in der Regel aus
Gelatine besteht, wird im Magen oder Darm aufgelöst
und gibt den Wirkstoff frei. Tabletten und Kapseln mit
sogenannter Retard-Wirkung geben ihren Wirkstoff über
einen längeren Zeitraum verteilt an den Körper ab. Der
Vorteil: Oft genügt dadurch eine Tablette täglich.
Brausetabletten werden in einem Glas Wasser aufgelöst und getrunken. Sie sind für Menschen mit Schluckproblemen geeignet und wirken häufig schneller als feste
Schlucktabletten. Denn das Medikament kommt bereits
in gelöster Form im Magen an. Gleichzeitig erhält der
Körper ausreichend Flüssigkeit. Brausetabletten dürfen
jedoch nicht offen aufbewahrt werden, da sie sich sonst
aufgrund der Luftfeuchtigkeit bereits zersetzen können.
Kau- und Lutschtabletten (Pastillen) enthalten oft Wirkstoffe, die direkt in Hals und Rachen wirken sollen. Diese
Darreichungsform eignet sich aber auch für unterwegs,
wenn zum Beispiel kein Glas Wasser zur Hand ist.
Qual der Wahl:
Experten der Galenik
schöpfen aus einer Vielfalt
an Darreichungsformen.
Jede Variante hat spezielle
Eigenschaften.
Bei Saft sind ein oder mehrere Wirkstoffe in der Regel
in Wasser gelöst oder verteilt. Vor allem Menschen, die
Probleme beim Schlucken von Tabletten haben, können
häufig auf einen Saft ausweichen. Ein Sirup ist eine dickflüssige Zuckerlösung, die Arzneimittel enthält. Da das
besser schmeckt als Saft, gibt es Arzneimittel für Kinder
oft als Sirup.
Besonders fix und direkt liefert eine Spritze – auch
Injektion genannt – ihre jeweilige Substanz in die Blutbahn: Denn der Wirkstoff ist dann bereits in Flüssigkeit
gelöst. Die Injektion kann dem Patienten zum Beispiel
in einer Notfallsituation direkt in eine Vene (intravenös)
verabreicht werden. Dann muss der Wirkstoff kaum mehr
Barrieren überwinden und verteilt sich schnell im ganzen
Körper. Wenn die Wirkung erst etwas langsamer eintreten
oder die Substanz nicht direkt in die Blutbahn gelangen
soll, ist auch eine Injektion in einen Muskel (intramuskulär) oder ins Fettgewebe unter der Haut (subkutan) möglich. Insulin und viele Impfstoffe zum Beispiel werden
gespritzt, weil die Substanzen im Magen oder Darm sonst
zerstört würden. Injektionslösungen, Spritzen und Nadeln
müssen keimfrei – steril – sein. Sonst können Krankheitserreger leicht in den Körper gelangen.
Infusionen werden eingesetzt, wenn man nur so
erreichen kann, dass der Körper gleichmäßig über eine
bestimmte Zeit einen Wirkstoff erhält. Ein sogenannter
Venenkatheter stellt dann sicher, dass eine Flüssigkeit über
eine Vene in die Blutbahn fließen kann – zum Beispiel eine
isotonische Kochsalzlösung, wenn dem Körper viel Flüssigkeit fehlt. Wenn ein Patient über einen langen Zeitraum
viele Infusionen braucht, setzen Ärzte oft ein sogenanntes
Port-System. Das sind flache Behälter mit einem kleinen
Schlauch, die zum Beispiel in der Nähe des Schlüsselbeins
unter der Haut eingepflanzt und immer wieder neu mit
Die Chemie der Medikamente
1_ c
Die Kunst der richtigen Verpackung
Medikamenten befüllt werden können. Sie werden zum
Beispiel bei Chemotherapien gegen Krebs angewendet.
Wenn Kinder Fieber haben und keine Tabletten nehmen wollen oder können, wählen Mediziner häufig ein
Zäpfchen. Das Medikament wird dann rektal über den
After eingeführt. Die Darmschleimhaut nimmt die Wirkstoffe auf und transportiert sie in die Blutbahn. Von dort
gelangen sie an ihren Zielort. Diese Darreichungsform ist
auch dann gut, wenn die Einnahme von Arzneimitteln
zum Beispiel durch häufiges Erbrechen oder Schluckstörungen erschwert ist oder Nebenwirkungen bei oraler
Aufnahme auftreten.
Entzündungen in Augen und Ohren können mit
Medikamenten in Tropfenform behandelt werden. Mithilfe einer Pipette können die Tropfen zum Beispiel direkt
ins Auge geträufelt werden. Nasensprays und manchmal
auch -tropfen werden vor allem verwendet, um Erkältungskrankheiten und Allergien zu behandeln.
Soll ein Arzneimittel direkt in der Lunge wirken, kann
es sinnvoll sein, dieses mithilfe eines Inhalators direkt
einzuatmen. Viele Asthmamedikamente zum Beispiel gibt
es zum Inhalieren. Man kann aber auch Medikamente einatmen, die im ganzen Körper wirken sollen: Bei einer Vollnarkose zum Beispiel atmet der Patient das Narkosemittel
über eine Maske ein. Da die Lunge sehr gut durchblutet ist,
wird das inhalierte Medikament ins Blut aufgenommen.
Vielfalt für den Patienten:
Hilfreiche Wirkstoffe brauchen
auch eine optimale Arzneiform.
Denn es gibt viele Wege, auf
denen ein Medikament in den
Körper gelangen kann. Das Ziel
der Forscher: Die Substanz soll
zur passenden Zeit und in optimaler Dosierung am richtigen
Ort ankommen.
Die Gesundheitshelfer
Vor allem Hauterkrankungen werden mit Salben oder
Cremes behandelt, denn die Wirkstoffe sollen direkt an
diesem Ort (lokal) wirken. Beispiele sind Wundsalben und
Kühlcremes etwa bei Sportverletzungen. Medizinische Salben haben meist eine Fettbasis. Sie schützen die Haut gut
und halten sie feucht und warm. Gleichzeitig sind sie aber
schwer zu verstreichen und nicht mit Wasser abwaschbar. Cremes enthalten weniger Fett und zusätzlich Wasser oder wässrige Lösungen. Lotionen haben einen noch
größeren Wasseranteil und sind flüssig. Sie sind leichter
aufzutragen und zu entfernen. Weil das Wasser auf der
Haut verdunstet, kühlen Cremes und Lotionen die Haut.
Ein Pflaster klebt einige Zeit auf der Haut. Manche Medikamente, die dem Körper über bestimmte Zeit zugeführt
werden sollen, werden daher als Wirkstoffpflaster verabreicht. Diese Anwendung ist sehr bequem, und das Arzneimittel wird sehr gleichmäßig aufgenommen.
Je nach chemisch-physikalischen Eigenschaften des
Wirkstoffs, nach Wirkdauer und -menge sowie nach
Organ, in dem die Substanz wirken soll, entscheiden die
Galeniker über die Verpackungsform. Dafür verfügen sie
über eine breite Palette an Verfahren und Hilfsstoffen,
um einen Wirkstoff in Form zu bringen. Auch wenn in
der Regel die Wirkstoffentdecker bei einem neuen Medikament im Vordergrund stehen: Ohne die Galeniker funktioniert auch der beste Wirkstoff nicht.
Pipette
Nasenspray
Sirup
Infusionsbeutel
Tropfen
Inhalator
Wirkstoffpflaster
Spritze
Ampulle
Tabletten, Dragees und Kapseln
sind eine sehr weit verbreitete Art,
ein Medikament einzunehmen. Die
Pillen geben ihren Wirkstoff erst
im Magen-Darm-Trakt frei.
Dragee
Salbe
Kapsel
Magen
Zäpfchen
Tablette
Die Chemie der Medikamente
2_ a
Der Weg eines Wirkstoffs durch den Körper
Pharmakokinetik
Freisetzung
Damit sich im Magen genügend Flüssigkeit befindet, in
der die Tablette zerfallen kann, sollte eine Tablette immer
mit Wasser eingenommen werden. Hat eine Schmerztablette keinen sogenannten Schlucklack als Überzug,
sondern eine stumpfe Oberfläche, ist es besonders wichtig, den Wirkstoff mit Wasser zu schlucken. Sonst besteht
die Gefahr, dass die Tablette in der Speiseröhre hängen
bleibt. Wenn der Wirkstoff instabil gegenüber Magensäure
ist, kann ein spezieller Überzug die Tablette vor zu frühem
Zerfall schützen: Die Substanz wird dann erst nach der
Magenpassage im neutralen oder leicht alkalischen Milieu
des Dünndarms freigesetzt.
Tablette
Zerfall des
Tablettenkörpers
Mensch und Maschine: Bevor
ein Wirkstoff in den Körper
gelangt, wird er unter genau
festgelegten Bedingungen hergestellt. Forscher und Geräte
arbeiten dabei Hand in Hand.
Auflösen
Entscheidend für die Form ebenso wie für die Dosierung
eines Arzneimittels ist dessen Weg durch den Organismus. Manche Wirkstoffe gelangen schon über die Mundschleimhaut in den Blutkreislauf, die meisten allerdings
erst im Magen oder Darm. Einige Wirkstoffe – beispielsweise bestimmte Abführmittel oder Kontrastmittel – sollen aber gar nicht in den Blutkreislauf gelangen. Welches
Schicksal ein Wirkstoff zum Beispiel nach dem Schlucken
nimmt, ist daher bei der Entwicklung eines Arzneimittels besonders wichtig. Die Pharmakokinetik – wie diese
Wissenschaft genannt wird – beschreibt, was der Organismus mit einem Arzneimittel tut.
Zur Pharmakokinetik gehören die Aufnahme (Resorption) des Wirkstoffs, die Verteilung (Distribution) im Körper,
der Metabolismus – also der biochemische Um- und Abbau –
sowie die Ausscheidung (Elimination). Liegt ein Arzneimittel in Tablettenform – und nicht bereits in gelöster
Form – vor, muss der Wirkstoff zusätzlich noch freigesetzt werden, ehe er über die Mundschleimhaut oder über
Magen oder Darm in die Blutbahn gelangen kann.
Zirkuliert der Wirkstoff erst einmal im Blut, beginnt
die Verteilung im ganzen Körper. Der Wirkstoff wird an
verschiedenen Orten im Organismus um- und abgebaut.
Dabei verfolgt der Körper immer ein Ziel: den Stoff oder
eines seiner Stoffwechselprodukte – auch Metabolite
genannt – aus dem Körper auch wieder auszuscheiden.
Das geschieht in der Regel über die Niere und den Urin.
Geringere Teile gelangen über die Gallenflüssigkeit in
den Dünndarm und werden mit dem Stuhl ausgeschieden. Alle Vorgänge zusammen halten das physiologische
Gleichgewicht des Organismus aufrecht. So führen sie
einerseits dem Organismus Stoffe zu, stellen zugleich
aber andererseits sicher, dass die Stoffe aus dem System
entfernt werden.
Resorption
Freisetzung: Liegt ein Arzneimittel in Tablettenform vor,
muss der Wirkstoff zunächst im Magen zugänglich
gemacht werden. Erst nach Zerfall des Tablettenkörpers
kann der Wirkstoff über Magen oder Darm resorbiert werden und auf diesem Weg in die Blutbahn gelangen.
Resorption
Je nach Darreichungsform variiert auch die Aufnahme des
Arzneistoffs in die Blutbahn: Bei Tabletten, Kapseln und
Säften geschieht dies vor allem über die Schleimhäute
des Magen-Darm-Trakts. Salben, Cremes und Wirkstoffpflaster dagegen nutzen zum Beispiel den Transport über
die Haut. Die Resorption ist nicht nur abhängig von den
chemisch-physikalischen Eigenschaften des Wirkstoffs
selbst, sondern auch von verschiedenen Faktoren wie der
Größe der Resorptionsfläche, der Durchblutung und der
Kontaktzeit. Voraussetzung dafür, dass ein Stoff resorbiert werden kann, ist, dass er in echter Lösung vorliegt.
Außerdem muss der Wirkstoff in der Lage sein, biologische
Membranen zu durchdringen. Durchfallerkrankungen zum
Beispiel können aufgrund der nur kurzen Verweildauer
des Wirkstoffs im Magen-Darm-Trakt die Resorption und
damit die Wirkung eines Arzneimittels vermindern.
Die Chemie der Medikamente
2_ b
Der Weg eines Wirkstoffs durch den Körper
Enterohepatischer Kreislauf:
Bei dieser Verteilung zirkuliert
ein Wirkstoff von der Leber über
die Gallenblase zum Darm und
wieder zurück zur Leber. Alle mit
der Nahrung aufgenommenen
Substanzen gelangen durch die
Darmwand in die Pfortader und
damit zunächst zur Leber.
Verteilung über den Blutkreislauf
Metabolismus
Wie und wo sich ein Wirkstoff verteilt, hängt ab von der
Löslichkeit der Substanz, aber auch von ihrer chemischen
Struktur und ihrem Bindungsvermögen an Plasmaproteine oder Gewebeproteine, die die Substanzen gezielt
an ihren Wirkort liefern können. Manche Membranen
sind unüberwindbare Hindernisse: Nur schwer zu durchdringen sind beispielsweise die Hirnkapillaren. Mediziner
sprechen hier von der Blut-Hirn-Schranke.
Eine spezielle Form der Verteilung stellt der enterohepatische Kreislauf dar: Der im Blut gelöste Arzneistoff
gelangt von der Leber in die Galle und über diese in den
Darm. Von dort wird die Substanz in die Blutbahn zurückresorbiert. In diesem Kreislauf kann ein Wirkstoff mehrfach
und lange zirkulieren und so im Körper verweilen.
An den verschiedenen Orten im Körper unterliegt der
Arzneistoff unterschiedlichen biochemischen Um- und
Abbauprozessen, die alle zusammen als Metabolismus
oder Biotransformation bezeichnet werden. Hauptort dieser Umwandlungen ist die Leber: Beim ersten Durchgang
durch die Leber werden viele Arzneistoffe so tief greifend
in ihrer Struktur verändert, dass sie ihre Wirksamkeit teilweise total einbüßen. Aber es gibt auch Metabolisierungsreaktionen im Darm, in der Lunge und im Blut. Hier kann
es auch zu Wechselwirkungen zum Beispiel mit anderen
Arznei- oder Lebensmitteln kommen. Inhaltsstoffe von
Grapefruitsaft zum Beispiel blockieren ein Enzym im Darm
und können dadurch den Abbau von Medikamenten entscheidend verzögern.
Alle metabolischen Reaktionen haben in der Regel ein
Ziel: die Ausscheidung aus dem Körper zu verbessern. In
der Regel reduzieren Oxidationsreaktionen, Reduktionsreaktion und Hydrolysen so die Wirkung eines Arzneimittels. In manchen Fällen kommt es aber auch zu einer
Wirkverstärkung oder gar zum Umbau in Stoffwechselprodukte mit anderer Wirkung. Die Folge: unerwünschte
Nebenwirkungen. Andere Substanzen wiederum werden
durch bestimmte Stoffwechselreaktionen erst in ihre wirkungsvolle Form umgewandelt.
Enterohepatischer Kreislauf
Transport über
Pfortadersysteme
Leber
Galle
Weitertransport
im Dünndarm
Elimination
Die Ausscheidung eines Arzneistoffs bzw. seiner Stoffwechselprodukte erfolgt zum Großteil über die Nieren und
den Urin (renale Ausscheidung). Ein geringer Teil wird über
die Gallenflüssigkeit in den Dünndarm und somit über den
Stuhl (Fäzes) ausgeschieden.
Dickdarm
Wiederaufnahme in die Blutbahn
Eliminationswege:
Nach der Resorption wird ein
Wirkstoff oder dessen Stoffwechselprodukt in der Regel
über die Niere und den Urin
ausgeschieden. Ein geringerer
Teil gelangt über Leber und Gallenflüssigkeit in den Dünndarm
und weiter in den Stuhl (Fäzes).
Eliminationswege
Resorption
Blut
Niere
Galle
Darm
Leber
Urin
Fäzes
Die Chemie der Medikamente
Wirkstoffe frühzeitig auf Bestform trimmen
gischen Untersuchungen und Zelltests. Aber auch die
Wirksamkeit und eine ausreichende Wirkdauer müssen
in entsprechenden Tiermodellen gezeigt werden, denn
Tierversuche sind nach wie vor unerlässlich und auch
gesetzlich vorgeschrieben. Bis zu drei Jahre dauert diese
erste Etappe, in der die Wirkstoff-Aspiranten optimal an
einen bestimmten Angriffspunkt angepasst werden. Von
anfänglich mehreren Zehntausend Substanzen sind in
der Regel noch rund fünf Kandidaten im Rennen, wenn
die Suche nach der optimalen Darreichungsform beginnt.
Substanzen charakterisieren
Strukturformeln im Blick:
Gemeinsam arbeiten Forscher
unterschiedlicher Disziplinen an
Synthesestrategien für neue
Wirkstoffe, zum Beispiel gegen
Krebs. Wenn sie dabei bereits
früh auf die Galenik achten,
spart das Zeit und senkt Kosten.
Fokus auf Formulierung
Weil viel von der optimalen Galenik abhängt, werden die
Formulierungsspezialisten früh in die Entwicklung eines
neuen Wirkstoffs eingebunden. Beispiel Krebstherapie:
Neue innovative Substanzen sind oft sehr spezifisch auf
einen Tumor zugeschnitten und greifen zielgerichtet einzelne Zellen mit bestimmten Merkmalen an. Doch auch
wenn die Hoffnungsträger in Zellkulturen und Tierversuchen beste Ergebnisse zeigen: Das allein bringt sie noch
nicht zum Patienten. Denn nur wenn sich ein Wirkstoff
auch im Magen oder Darm auflöst, kann er in die Blutbahn
und damit an sein Ziel im Körper des Patienten gelangen.
Wie wichtig es ist, eine vielversprechende Substanz
möglichst früh auf die unterschiedlichen Herausforderungen einzustellen und sie zu einem hilfreichen Arzneimittel zu machen, zeigt der Krebswirkstoff Sorafenib.
In reiner Form ist er schlecht wasserlöslich. Erst ein
bestimmtes Salz des Wirkstoffs schnitt im Labortest
besser ab: In dieser Form stieg die Löslichkeit deutlich
an. Damit verbesserte sich auch die Bioverfügbarkeit
des Mittels. So erst konnten Bayer-Forscher Sorafenib in
Tablettenform anbieten.
Für eine zielgerichtete Entwicklung
Je früher die Forscher wissen, in welcher Form sich ihre
neu gefundene Substanz am besten verarbeiten lässt,
desto besser und zielgerichteter ist auch die Entwicklungsarbeit der Galeniker. Herausforderungen und Risiken
lassen sich so rechtzeitig erkennen. Das spart Zeit und
senkt Kosten. Egal ob es sich um ein neues Medikament
gegen Krebs oder zur Behandlung von Herz-KreislaufErkrankungen handelt: Bereits vor dem ersten Test am
Menschen muss sich ein neuer Wirkstoffkandidat vielen Prüfungen stellen, zum Beispiel in molekularbiolo-
In der finalen Phase des Forschungsprozesses werden
die vielversprechendsten Wirkstoffe charakterisiert – und
die Kandidaten selektiert. Um Formulierungsstrategien
abzuleiten, bestimmen die Arzneimittel-Experten diverse
Eigenschaften der neuen Substanz.
Die Löslichkeit zum Beispiel gibt an, welche Stoffmenge maximal in einer bestimmten Menge Lösemittel
gelöst werden kann. Für Medikamente wichtig ist vor
allem deren Löslichkeit in Wasser bei unterschiedlichen
pH-Werten, wie sie auch im Magen, Darm oder in den
Blutgefäßen beim Menschen vorkommen. Löst sich eine
Substanz schlecht im Reagenzglas, ist zu befürchten, dass
sie sich auch in Magen und Darm schlecht löst und erst
gar nicht ins Blut gelangen kann.
Die Bioverfügbarkeit – oder auch biologische Verfügbarkeit – ist der Anteil der verabreichten Dosis, der vom
Körper aufgenommen wird und am gewünschten Wirkort
auch verfügbar ist – und die Geschwindigkeit, mit der dies
geschieht. Die Bioverfügbarkeit kann von Darreichungsform zu Darreichungsform variieren. So müssen sich
Tabletten erst auflösen, ehe der Wirkstoff über den Darm
in den Blutkreislauf gelangt. Eine Spritze in die Blutbahn
hingegen macht das Arzneimittel sofort verfügbar: Die
Bioverfügbarkeit liegt bei hundert Prozent. Gemessen wird
die Bioverfügbarkeit, indem die Wirkstoffkonzentration
nach dem Schlucken einer Tablette zu verschiedenen Zeitpunkten im Körper bestimmt wird. Messwerte aus Plasmaund Urinproben ergeben einen Kurvenverlauf, der die
jeweilige Substanz und ihre Formulierung kennzeichnet.
Unter der biologischen Halbwertszeit verstehen Galeniker die Zeit, in der noch die Hälfte der Wirkstoffmenge
in biologisch aktiver Form vorliegt. Ist die Halbwertszeit
lang, so genügen geringe Mengen Erhaltungsdosen, um
die einmal erzielte therapeutische Konzentration aufrechtzuerhalten.
Wirkstoffstabilität ist wichtig
Besonders gut zu Tabletten weiterverarbeiten lassen sich
Wirkstoffe, die in Kristallform vorliegen. Können aus
der ursprünglich identifizierten Substanz keine Kristalle
erzeugt werden, versuchen Forscher den Wirkstoff deshalb zunächst in ein Salz zu überführen. Denn Salze kris­
tallisieren leicht und lassen sich schließlich doch noch
in Tablettenform bringen. Die Stabilität des Wirkstoffs
spielt jedoch nicht nur im Körper eine wichtige Rolle,
3_ a
Die Chemie der Medikamente
3_ b
Wirkstoffe frühzeitig auf Bestform trimmen
sondern auch in der Apothekenschublade und auf dem
Weg dorthin. Während Transport und Lagerung darf sich
die Substanz beispielsweise nicht durch Licht, Luftfeuchte
oder Luftsauerstoff zersetzen. Deshalb wird in der Regel
auch immer die Hygroskopizität bestimmt. Das ist die
Neigung des Wirkstoffs, Luftfeuchte aufzusaugen. Wenn
ein Wirkstoff hygroskopisch ist und sich bei Kontakt mit
Feuchtigkeit abbaut, muss er besonders verpackt werden.
Das passiert zum Beispiel mit speziellen Packmaterialien
wie Aluminium-Blistern, durch die keine Feuchtigkeit
hindurch gelangt.
Hilfsstoffe für neue Formulierungen
Früher oder später lassen sich die meisten Wirkstoffe in
eine geeignete Darreichungsform bringen. Auch bewährte
Substanzen erhalten immer wieder neue Formulierungen.
Das steigert nicht nur deren Attraktivität, sondern bietet
den Patienten oft auch zusätzlichen Nutzen. Die Galenik
nutzt dafür unterschiedliche Hilfsstoffe, die selbst keine
pharmazeutische Wirkung haben. Vielmehr sorgen Füll-,
Farbstoffe und Co. für die richtige Lagerungsfähigkeit,
Haltbarkeit, Geruch, Geschmack und passende Optik.
• Füllstoffe sind Zusätze, die gemeinsam mit der
oft sehr geringen Wirkstoffmenge in Tablettenformat
gebracht werden. Milchzucker und Cellulose zum Beispiel
Testmarathon: Haben
Pharmaforscher im Labor einen
aussichtsreichen Kandidaten für
einen Wirkstoff gefunden, muss
die Substanz in mehreren
aufwendigen Versuchen weiter
getestet und entwickelt werden.
Steht anschließend auch die
geeignete Darreichungsform
fest, wird das Medikament vor
der Zulassung in sogenannten
Klinischen Phasen geprüft.
sorgen für eine pressbare Mischung. Unter Füllstoffen für
Salben versteht man Wasser und Öle.
• Schmiermittel wie Magnesiumstearat verhindern das
Haftenbleiben der Stoffmasse etwa in der Tablettenpresse.
• Lösevermittler sind allgemein Substanzen, die die
Löslichkeit von Wirkstoffen verbessern. Dazu zählen Polysorbate.
• Puffer werden zugesetzt, damit sie den pH-Wert
eines Präparats stabilisieren. Das kann zum Beispiel bei
Infusionslösungen sehr wichtig sein: Sie brauchen einen
ähnlichen pH-Wert wie das Blut.
• Aromen überdecken entweder einen unerwünschten
Geschmack von zum Beispiel Vitaminen und Mineralstoffen – vor allem wenn sie in Form von Brause- und
Kautabletten vorliegen. Oder sie geben den Substanzen
einen neuen gewünschten Geschmack. Diese Aromastoffe
können von Land zu Land unterschiedlich sein. Australier
und Neuseeländer zum Beispiel mögen Vitamine, die nach
tropischen Früchten schmecken. Briten dagegen bevorzugen Beerenaroma.
• Beschichtungen zum Beispiel mit Hydroxypropylmethylcellulose geben Tabletten eine glatte Oberfläche, die
das Schlucken der Wirkstoffe erleichtert.
• Farbstoffe und Pigmente wie Titandioxid und Eisenoxide können einer Tablette eine bestimmte Farbe geben
oder lichtempfindliche Wirkstoffe vor Licht schützen.
Entwicklung eines Medikaments
Phase IV
Therapieoptimierung und
Langzeitstudien zur
Überwachung nach der
Zulassung
Grundlagenforschung:
Wirkstoffsuche
Wirkstoffscreening
Wirkstoffoptimierung:
Experimente mit
Enzymen und Zellen
Zulassung am Markt
Präklinische Forschung:
Gesetzlich vorgeschriebene
Tierversuche
Phase III
Breitere Anwendung in
klinischen Studien mit
höherer Patientenzahl
(1.000 bis 5.000 Personen)
Phase II – Wirksamkeit
Erste Anwendung am Patienten
(100 bis 500 Personen)
Phase I – Verträglichkeit
Erste Anwendung an gesunden
Probanden (10 bis 50 Personen)
Die Chemie der Medikamente
4_ a
Galenik am Beispiel Aspirin™
wurde auch lange das Mädesüßkraut bei Erkältungen,
Muskel- und Gelenkrheumatismus sowie bei Gicht verwendet, ebenso das Stiefmütterchen bei Rheuma und zur
Blutreinigung. Da in allen diesen Pflanzen Salicylate zu
finden sind, lassen sich sämtliche Wirkungen wohl auf
diese Wirkstoffklasse zurückführen. Bereits 1874 wurde
Salicylsäure großtechnisch hergestellt und in die Therapie
des akuten Gelenkrheumatismus eingeführt. Allerdings
Strukturformel der Acetylsalicylsäure
Tüfteln für neue Therapien:
Auch nach mehr als hundert
Jahren seit der Erst-Synthese
der Acetylsalicylsäure arbeiten
Chemiker im Labor an dem
begehrten Wirkstoff und neuen
Varianten. Die Kenntnisse über
die Wirkung von ASS wachsen
bis in die Gegenwart.
Schmerzmittel mit Historie
Es ist das in der Geschichte der Menschheit am meisten
verwendete Medikament, ein Symbol des Fortschritts der
Arzneimittelforschung im 20. Jahrhundert – und der erste
Wirkstoff, der in Tablettenform auf den Markt kam: Acetylsalicylsäure (ASS), bekannt als Aspirin™. Der Name setzt
sich zusammen aus „A“ für Acetyl und „spir“ für Spiraea
ulmaria, dem botanischen Begriff für Mädesüßkraut, aus
dem die Salicylsäure gewonnen werden kann und der
schmerzmitteltypischen Endung „in“. 1899 kam es erstmals auf den Markt, 1969 war es mit an Bord der Apollo
11 auf dem ersten Flug zum Mond – und noch heute
wird an dem Wirkstoff und möglichen neuen Anwendungsgebieten geforscht: Pro Jahr erscheinen etwa 3.000
Publikationen zum Thema Acetylsalicylsäure.
Die Wurzeln von Aspirin™ liegen in der Natur: In
der Volksmedizin war bereits seit Langem bekannt, dass
Salicylate – die Salze der Salicylsäure – aus der Weiden­
rinde fiebersenkend (antipyretisch), schmerzstillend
(analgetisch) und entzündungshemmend (antiflamma­
torisch) wirken. Das zeigt zum Beispiel der Name der
Fieberweidenrinde. Ein entsprechender Rat ist bereits
von Hippokrates (etwa 460 – 370 v. Chr.) überliefert. Der
Arzt des Altertums riet in seinen Schriften werdenden
Müttern, kurz vor der Geburt Weidenrinde zu kauen, um
den Wehenschmerz zu lindern. Neben der Weidenrinde
schmeckte der Naturstoff ziemlich übel und führte häufig
zu Magenbeschwerden.
In der Frühzeit der Chemie gelang es daher, einen
Essigsäure (Acetyl)-Rest an die Salicylsäure zu heften und
den Wirkstoff damit verträglicher zu machen: Die Acetylsalicylsäure zum ersten Mal in einer chemisch reinen
und stabilen Form synthetisiert hat der Bayer-Chemiker
Dr. Felix Hoffmann am 10. August 1897. Der Wirkstoff
war damit reproduzierbar und haltbar. Wie Hoffmann in
einem Bericht über die Entdeckung von Aspirin™ schreibt,
war dafür sein Vater ausschlaggebend: Er verlangte nach
einem Ersatz für das bis dahin übliche Natriumsalicylat zur
Therapie seiner Arthritis, also einer entzündlichen Gelenk­
erkrankung. Denn auch Natriumsalicylat war bekannt für
seinen unangenehmen Geschmack und seine magenreizenden Nebenwirkungen. Hoffmann ließ sich von früheren Arbeiten inspirieren und hatte Erfolg: Damit war die
Basis für das erste deutsche Fertigarzneimittel geschaffen,
das erfolgreichste Arzneimittel des 20. Jahrhunderts.
Von der Synthese bis zur ersten klinischen Anwendung verging nur ein Jahr: Bereits eineinhalb Jahre später
– am 6. März 1899 – wurde die Bayer-Marke Aspirin™ als
Warenzeichen beim Berliner Patentamt unter der Nummer
36433 eingetragen – der Startschuss für die kommerzielle
Einführung. Noch im selben Jahr kam Aspirin™ als Pulver
auf den Markt und wurde in großen Glasflaschen von
Bayer an die Apotheken geliefert. Die Kunden erhielten
damals kleine Papiertütchen mit 500 Milligramm des Pulvers. 1900 war die erste 500-Milligramm-Tablette auf dem
Markt. Aspirin™ war damit eines der ersten Medikamente
der Welt, das in einer standardisierten und damit exakt
dosierbaren Form erhältlich war. Heute gilt Aspirin™ als
weltweites Synonym für Schmerzmittel und ist in mehr
als 90 Ländern der Erde erhältlich.
Die Chemie der Medikamente
4_ b
Galenik am Beispiel Aspirin™
Mehr als 110 Jahre Aspirin
TM
1897Im Bayer-Labor in Wuppertal synthetisiert der Chemiker Dr. Felix Hoffmann zum
ersten Mal die Acetylsalicylsäure.
1899Die Bayer-Marke Aspirin™ wird mit der Nummer 36433 in die Warenzeichenrolle
des Kaiserlichen Patentamts in Berlin aufgenommen.
1900Bayer bietet das Schmerzmittel als eines der ersten Medikamente überhaupt in
der klassischen Tablettenform an.
1950Aspirin™ taucht erstmals als meistverkauftes Schmerzmittel im Guinessbuch der
Rekorde auf.
1969 Aspirin™ fliegt an Bord der Raumfähre Apollo 11 bis zum Mond.
1971Der britische Pharmakologe Sir John R. Vane findet das Wirkprinzip der Acetylsalicylsäure heraus und erhält dafür 1982 den Nobelpreis für Medizin.
1977Eine amerikanische Studie belegt erstmals, dass Acetylsalicylsäure antithrombotische Wirkung besitzt.
1999 Aspirin™ feiert seinen 100. Geburtstag.
2011Das Potenzial von Acetylsalicylsäure gilt immer noch nicht als komplett ausgeschöpft: Pro Jahr gibt es etwa noch 3.000 wissenschaftliche Publikationen zu
dem faszinierenden Wirkstoff.
Erst 1971 gelang es allerdings dem britischen Pharmakologen Professor Sir John R. Vane, den genauen
Wirkmechanismus herauszufinden: ASS hemmt die
­Prostaglandinsynthese. Für diese Erkenntnis erhielt Vane
1982 den Nobelpreis für Medizin. Der Pharmakologe zeigte
sich auch darüber hinaus von dem Wirkstoff begeistert:
„Kein Arzneimittel auf dieser Welt hat eine so faszinierende und rekordträchtige Geschichte – eine Entwicklung,
die noch nicht zu Ende ist.“ Vane bezeichnete Aspirin™
deshalb gerne als „Medikament des Jahrhunderts“.
Weitere Forschungen zeigten, dass die Acetylsalicylsäure je nach Schmerzquelle an verschiedenen Schaltstellen der Schmerzbahn angreift. Aufgrund seiner
Wirksamkeit und Verträglichkeit führt die Weltgesundheitsorganisation WHO den Wirkstoff Acetylsalicylsäure in
der Liste der unentbehrlichen Medikamente. Ob Astronaut
der Apollo 11 Mond-Mission, Bergsteiger auf dem Mount
Everest, Papst oder Schauspieler: Viele Prominente haben
bis heute von der Wirkung profitiert. In vielen Hausapotheken gehört Acetylsalicylsäure zur Grundausstattung.
ASS gilt heute als das weltweit meisteingesetzte Schmerzmittel. Im Bayer-Werk in Bitterfeld werden jährlich rund
2,3 Milliarden Tabletten Aspirin™ gepresst, pro Minute
etwa 6.000 Stück.
Aspirin™-Produktion
Pro Jahr produziert Bayer mehr als 50.000 Tonnen Acetylsalicylsäure. In Tablettenform ergibt das eine Strecke
von der Erde bis zum Mond und zurück. Die chemische
Effektvoll: Zur Herstellung des Aspirin™-Brausegranulats
werden Hilfsstoffe gemischt, geschmolzen und durch
­winzige Löcher gepresst. Die feinen Stränge werden
danach zerkleinert und mit Acetylsalicylsäure vermischt.
Synthese des Ausgangsprodukts Salicylsäure folgt bei der
industriellen Herstellung immer derselben Reaktion.
Vielfalt an Darreichungsformen
Ein Wirkstoff, viele Varianten: Aspirin™ hat es seit der
ersten Tablette zu vielen unterschiedlichen Darreichungen
gebracht. Schlucken, kauen, als Brause – die Produktfamilie ist über die Jahre enorm gewachsen: Allein in
Deutschlands Apotheken ist es in sieben Varianten zu
haben. Acetylsalicylsäure ist sehr empfindlich gegenüber
Wasser. Deshalb war die Formulierung von Anfang an eine
Herausforderung für die Galenik: Der Wirkstoff muss stets
vor Feuchtigkeit geschützt verpackt werden. Bis heute ist
es daher zum Beispiel auch nicht möglich, ASS in flüssiger
Form in den Apotheken verfügbar zu machen.
Aspirin™-Tablette
Die 500-Milligramm-Tablette war eine der ersten Formulierungen überhaupt, die erstmals eine exakte Wirkstoffzufuhr ermöglichte. Heute ist die Tablette überall auf der
Welt erhältlich. Sie ist klein und enthält lediglich Maisstärke und Cellulose als Hilfsstoffe. Die Tablette zerfällt
schnell im Magen, gelangt in den Dünndarm und wird
dort rasch resorbiert.
Eine Kombination mit Koffein beschleunigt die Aufnahme und verstärkt die Wirkung von Acetylsalicylsäure.
Langsamer und erst im Dünndarm freigesetzt wird
ASS aus einer Tablette mit magensaftresistenter Lackierung. Diese Darreichungsform ist deshalb nicht geeignet
für die Behandlung akuter Schmerzsituationen: Sie ist
ausschließlich für die Hemmung der Thrombozytenaggregation zugelassen. Der Überzug aus AcrylsäurePolymerisat ist stabil bis zu einem pH-Wert von 5,5. Die
Dauermedikation mit 100 oder 300 Milligramm Wirkstoff
pro Tablette ist zudem niedriger dosiert.
Brausetablette
Diese Formulierung kann schneller als die herkömmliche
Tablette wirken, denn der Wirkstoff gelangt bereits gelöst
in den Magen und kann dort rasch resorbiert werden. Die
Kombination mit einem Salz – im Brausesatz enthalten
Die Chemie der Medikamente
4_ c
Galenik am Beispiel Aspirin™
ist Natriumcarbonat/-hydrogencarbonat – erhöht zudem
die Bioverfügbarkeit: ASS liegt so als schnell verfügbares
Salz vor, das die Wirkstoffaufnahme ins Blut beschleunigt. Auch der Zusatz eines Puffersystems (Zitronensäure/
Natriumcitrat) unterstützt die schnelle Resorption. Das
reduziert die Kontaktzeit der Acetylsalicylsäure mit der
Magenschleimhaut und schont diese. Vitamin C als
Zusatz verbessert wegen seiner antioxidativen Eigenschaften zusätzlich die Verträglichkeit.
Einziger Nachteil dieser Formulierung: Es muss immer
ein Glas sauberes Trinkwasser zur Verfügung stehen – und
durch das Auflösen vergeht etwas Zeit bis zur Einnahme.
eine kleine Speichelmenge genügt, um das Granulat rasch
aufzulösen. Auch in dieser Darreichungsform ist für die
Einnahme daher kein Wasser notwendig. Hergestellt wird
die Granulat-Form im sogenannten Extrusionsverfahren,
auch bezeichnet als Schmelzgranulierung.
Eine weitere Formulierung eines Granulats kombiniert
zwei Wirkstoffe, die einander ergänzen – und behandelt
so Schnupfen mit erkältungsbedingten Schmerzen wie
Kopf-, Hals-, Gliederschmerzen und Fieber. Dafür wird
Acetylsalicylsäure kombiniert mit Pseudoephedrin, einem
schleimhautabschwellenden Wirkstoff. Um die bei Erkältungen notwendige Flüssigkeitszufuhr zu unterstützen,
wird ein Granulat in Wasser aufgelöst.
Wie Aspirin™ wirkt
Ursprünglich galt Aspirin™ als Kopfschmerz- und Fiebermittel. Heute reicht das therapeutische Spektrum weiter über den Einsatz bei Migräne und anderen akuten
Schmerzen wie Rücken-, Muskel- und Gelenkschmerzen.
Und es besitzt entzündungshemmende Eigenschaften.
Der Wirkmechanismus beruht auf der Hemmung der
sogenannten Prostaglandine. Diese Botenstoffe lösen
im Körper Schmerzen aus, ebenso Fieber und Entzündungen. Die Acetylsalicylsäure blockiert die Bildung dieser
Prostaglandine – und kann so entsprechend Schmerzen
lindern, Fieber senken und Entzündungen abklingen
lassen.
Therapiespektrum wächst
Hightech in der Produktion:
Haben die Forscher eine neue
Darreichungsvariante im Labormaßstab entwickelt und getestet, kann die neue Formulierung
in die Großproduktion gehen.
Kautablette
Ohne Wasser lässt sich eine weitere Formulierung einnehmen: Eine Kautablette ist ideal für unterwegs und
schmeckt zudem angenehm. Darin wird der Wirkstoff mit
einem Puffer kombiniert. Das verbessert die Ionisierung
und damit die Löslichkeit ebenso wie die Salzbildung. Der
Wirkstoff wird schnell resorbiert und ist gut verträglich.
Dafür wird er in einer sogenannten Zwei-Schicht-Tablette
verpackt: Eine Schicht enthält den Wirkstoff, die andere
die Puffersubstanz Magnesiumcarbonat sowie weitere
Hilfsstoffe.
Granulat–auchalsKombinationsprodukt
Wer Aspirin™ in Granulat-Form zu sich nimmt, spürt
bereits im Mund ein leichtes Prickeln. Denn die Hilfsstoffe Natriumhydrogencarbonat, Natriumdihydrogencitrat und Zitronensäure beschleunigen die Auflösung von
ASS im Mund und damit die Aufnahme ins Blut: Schon
Eine Erkenntnis, die Acetylsalicylsäure außerdem in den
weltweiten Fokus von Kardiologen rückte, war die wissenschaftliche Beobachtung, dass die Acetylgruppe die
Blutplättchenfunktion hemmt. Diese antithrombotische
Wirkung wird heute weltweit genutzt, um die Zahl der
Herzinfarkte zu reduzieren und anderen atherothrombotischen Gefäßverschlüssen vorzubeugen: ASS ist heute
anerkannter Goldstandard zur lebensrettenden Prophylaxe von wiederholtem Herzinfarkt und Schlaganfall.
1991 wurde zudem die Ursache für eine der wichtigsten Nebenwirkungen der Acetylsalicylsäure geklärt:
Bei sonst guter Verträglichkeit schädigt ASS bei zu hoher
Dosierung auf Dauer die Magenwand. Denn Aspirin™
hemmt auch die Synthese von Prostacyclin, einer körpereigenen Substanz, die für den Schutz der Magenschleimhaut verantwortlich ist.
Auch nach 110 Jahren könnte das Wirkungsspektrum
von Aspirin™ weiter wachsen. Die Forschung an neuen
Anwendungsgebieten läuft.
Die Chemie der Medikamente
4_ d
Galenik am Beispiel Aspirin™
Mit der Kolbe-Schmitt-Synthese zur Salicylsäure
Im Jahr 1859 hatte der Marburger Professor Hermann
Kolbe die Struktur der Salicylsäure bereits aufgeklärt
und den Naturstoff synthetisch hergestellt. 1874 verbesserte er die Synthese weiter, sodass sie auch in
den industriellen Maßstab übertragen werden konnte.
Rudolf Schmitt hat die Methode 1885 weiter ent­wickelt
und verbessert. Die Kolbe-Schmitt-Reaktion ist eine
elektrophile aromatische Substitution. Dabei reagiert
Natriumphenolat unter Druck mit Kohlendioxid zu
Natriumsalicylat. Durch Protonierung mit einer Säure
entsteht anschließend die Salicylsäure, auch benannt
als ortho-Hydroxybenzoesäure.
Die Kolbe-Schmitt-Synthese von Salicylsäure
Von der Salicylsäure zur Acetylsalicylsäure: die Veresterung
Im weiteren Prozess wird die Salicylsäure mit protoniertem
Essigsäureanhydrid an der phenolischen Hydroxygruppe zu
Acetylsalicylsäure verestert. Diese Reaktion ist eine grundlegende chemische Synthesereaktion: eine Veresterung.
Essigsäureanhydrid
Salicylsäure
Dabei reagiert stets ein Alkohol oder Phenol mit einer Säure
zu einem Ester. Neben Aspirin™ gehören viele alltägliche
Stoffe zu den Estern: Aromastoffe, Bienenwachs, Polyester,
Fette und Öle sowie Lösungs- und Konservierungsmittel.
Essigsäure
Acetylsalicylsäure
(Wirkstoff in Aspirin™)
Die Chemie der Medikamente
Hilfreiches aus dem Internet
5
Interessante Links zum Thema
Pharmakokinetik
Aspirin™
Eine Übersicht über pharmakokinetische Grundlagen gibt
eine Lerneinheit des Fachinformationszentrums Chemie
Berlin (FIZ) für Aus- und Weiterbildung in Naturwissenschaft und Technik.
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/
ch/13/vlu/kinetik/pharmakokinetik/pharmako_grundlagen.vlu/Page/vsc/de/ch/13/pc/kinetik/pharmakokinetik/index.vscml.html
Weitere Informationen zum Wirkstoff Aspirin™ sowie allgemein zu den Themen Schmerzen und Erkältungen gibt
es auch im Magazin der Bayer-Internetseite zu Aspirin™.
http://www.aspirin.de
Historie und Wirkweise
Chemgapedia stellt auch Informationen zur Historie und
Wirkweise von Aspirin™ bereit.
http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/
de/ch/12/thr/vlu_thr/aspirin_1_historie.vlu/Page/summary.html
Einsatz für Prophylaxe
Interessantes über Aspirin™ zur Prophylaxe von Schlaganfall und Herzkrankheiten gibt es auch auf der Homepage
für Bayer-Kunden in den USA zu lesen.
http://www.wonderdrug.com
Aktuelle Studienergebnisse
Aktuelle Forschungsergebnisse über Acetylsalicylsäure
gibt es in dem monatlich erscheinenden Online-Journal
„Aspririn Research Today“.
http://aspirin.researchtoday.net
Experimente
Ein gemeinnütziger Verein stellt auf seinem Bildungsserver swisseduc.ch erprobte Unterrichtsmaterialien und
Hintergrundinformationen zur Verfügung, darunter auch
Experimente zur Herstellung und Untersuchung der Acetylsalicylsäure.
http://www.swisseduc.ch/chemie/labor/aspirin/docs/
aspirin.pdf
Darreichungsvielfalt
Einen Überblick über die unterschiedlichen Darreichungsformen verschafft der Informationsdienst des Instituts
für Qualität und Wirtschaftlichkeit im Gesundheitswesen
(IQWIG).
http://www.informedhealthonline.org/medications-injections-suppositories-and-other-dosageforms.748.en.html
Galenos von Pergamon
Die National Institutes of Health informieren über den
griechischen Mediziner Galen.
http://www.nlm.nih.gov/hmd/greek/greek_galen.html
Geförderte Forschungsprojekte
Auch die „Aspirin Foundation“ stellt weitergehende Informationen über Konferenzen, aktuelle Forschungsprojekte
und die generelle Wirkweise zur Verfügung.
http://www.aspirin-foundation.com
Mission Medikament
Die forschenden Pharma-Unternehmen (vfa) haben ein
Video produziert, das den Prozess der Arzneimittelentwicklung in rund drei Minuten erklärt.
http://www.vfa.de/de/arzneimittel-forschung/sofunktioniert-pharmaforschung/video-mission-medikament.html
Sicherheit
Sicherheit und höchste Wirksamkeit sind die zentralen
Anforderungen bei der Entwicklung neuer Medikamente.
Um diese wichtigsten Grundlagen in der Arzneimittelforschung erfüllen zu können, sind Tierversuche nach wie
vor unerlässlich - und auch gesetzlich gefordert. Lesen
Sie mehr zu Tierschutz und Tierversuchen unter
http.//www.tierversuche.bayer.de
I
Infusionsbeutel
Hilfreiche Wirkstoffe brauchen auch eine optimale
Arzneiform. Denn es gibt viele Wege, auf denen ein
Medikament in den Körper gelangen kann. Das Ziel
der Forscher: Die Substanz soll zur passenden Zeit
und in optimaler Dosierung am richtigen Ort
ankommen.
Die Gesundheitshelfer
Infografiken
Zäpfchen
Salbe
Ampulle
Spritze
Wirkstoffpflaster
Die Chemie der Medikamente
Inhalator
Pipette
Sirup
Tropfen
Tablette
Tabletten, Dragees und Kapseln
sind eine weit verbreitete Art, ein
Medikament einzunehmen. Die
Pillen geben ihren Wirkstoff erst
im Magen-Darm-Trakt frei.
Magen
Kapsel
Dragee
Nasenspray
Die Chemie der Medikamente
Infografiken
II
Pharmakokinetik
Freisetzung
Enterohepatischer Kreislauf
Leber
Tablette
Transport über
Pfortadersysteme
Zerfall des
Tablettenkörpers
Galle
Auflösen
Dickdarm
Resorption
Weitertransport
im Dünndarm
Wiederaufnahme in die Blutbahn
Liegt ein Arzneimittel als Tablette vor, muss der
Wirkstoff im Magen zugänglich gemacht werden.
Erst nach Zerfall des Tablettenkörpers kann der
Wirkstoff über Magen oder Darm resorbiert werden und so in die Blutbahn gelangen.
Bei dieser speziellen Form der Verteilung zirkuliert ein Wirkstoff von der Leber über die Gallenblase zum Darm und wieder zurück zur Leber. Alle mit der Nahrung aufgenommenen Substanzen
gelangen durch die Darmwand in die Pfortader und damit zunächst zur Leber.
Eliminationswege
Resorption
Nach der Resorption wird ein
Wirkstoff oder dessen Stoffwechselprodukt in der Regel
über die Niere und den Urin
ausgeschieden. Ein geringerer
Teil gelangt über Leber und
Gallenflüssigkeit in den Dünndarm und weiter in den Stuhl
(Fäzes).
Blut
Galle
Niere
Darm
Leber
Urin
Fäzes
Die Chemie der Medikamente
Infografiken
III
Aspirin™-Synthese
Mit der Kolbe-Schmitt-Synthese zur Salicylsäure
Die Kolbe-Schmitt-Synthese von Salicylsäure
Von der Salicylsäure zur Acetylsalicylsäure: die Veresterung
Essigsäureanhydrid
Salicylsäure
Essigsäure
Acetylsalicylsäure
(Wirkstoff in Aspirin™)
Weitere Angebote
www.podcast.bayer.de – Bayer-Forschung erleben
research
Dieser
QR-Code
führt zur aktuellen Startseite des
Bayer-Forschungsmagazins „research“
im Internet. Der Online-Auftritt hält viele
spannende Informationen zu aktuellen
Forschungsthemen bereit, die weit über
das Thema Galenik hinausgehen. Zusätzliche Elemente wie Wissenschaftsreportagen im Video-Format lassen Experten
zu Wort kommen, visualisieren innovative Ideen und gewähren faszinierende
Einblicke in die ganze Welt der BayerForschung. Eine umfassende Link-Liste
ergänzt das Angebot.
Das Angebot im Bayer-PodcastCenter wird stetig aktualisiert.
„Bayer TV research“ zeigt zum
Beispiel die ­Faszination der
Bayer-Forschung mit anspruchsvollen 3-D-Animationen. Und
allgemeine Nachrichten-Podcasts
berichten über Neues aus der
Bayer-Welt. Egal ob Forschungsergebnisse zu Krebs oder neue
Entwicklungen in der Nanotechnologie, ob Fortschritte bei der
Therapie von Multipler Sklerose
oder neue ­Wirkstoffe für den
modernen ­Pflanzenschutz: Mit bewegten Bildern lässt sich Forschung leichter verstehen.
Die Video-Podcasts auf den Bayer-Seiten setzen Innovationen allgemein verständlich und spannend
in Szene. Tauchen Sie ein in die Welt der Bayer-Forschung und verfolgen Sie beispielsweise den
Weg vom Wirkstoff zum erfolgreichen Thrombosemedikament.
Baylab – Mehr Wissen mit Spaß
Facebook
Als Erfinder-Unternehmen will Bayer durch
speziell eingerichtete Schülerlabore – Baylab
genannt – die Begeisterung für Forschung und
Wissenschaft an junge Menschen weitergeben:
Mit Baylab im BayKomm (Leverkusen), Baylab
health (Wuppertal), Baylab plants (Monheim)
und Baylab plastics (Lever­kusen) wollen wir
einen der kostbarsten Rohstoffe der Menschheit
sichern und vermehren: das Wissen.
Soziale Netzwerke ermöglichen den
direkten Kontakt zu Bayer – rund um die
Uhr und sieben Tage pro Woche: Posten
Sie Kommentare auf unserer Pinnwand
und erfahren Sie beispielsweise mehr über
Karrierechancen bei Bayer.
http://de-de.facebook.com/Bayer
www.baylab.bayer.de
Herausgeber:
Bayer AG
Konzernkommunikation
51368 Leverkusen
Ansprechpartner:
Dr. Katrin Schneider
Telefon 02 14/30-48 825
Telefax 02 14/30-71 985
E-Mail [email protected]
Layout und Umsetzung:
grintsch communications, Köln
Konzeption und Redaktion:
wissen + konzepte – Kommunikation für
Forschung, Technik und Medizin, München
Pädagogische Beratung:
Sylva Dietl, München
Stand: Dezember 2011