Die Mikronadeltherapie glänzt nicht nur in der klinischen Anwendung, sondern spielt auch in der Arzneimittelentwicklung und der wissenschaftlichen Grundlagenforschung eine immer wichtigere Rolle. Es bietet Wissenschaftlern ein beispielloses Werkzeug zur Untersuchung der Hautbarrierefunktion, des Mechanismus der transdermalen Penetration von Arzneimitteln und der minimalinvasiven Entnahme biologischer Proben.

Während der Arzneimittelentwicklungsphase manifestiert sich die Kernfunktion von Mikronadeln im In-vitro-Bewertungsmodell für die transdermale Arzneimittelabgabe. Die traditionelle Franz-Diffusionskammer erfordert die Verwendung isolierter Haut, das Auftragen des Arzneimittels auf die Hautoberfläche und die anschließende Messung der Arzneimittelkonzentration in der Aufnahmekammer. Diese Methode ist zeitaufwändig, weist eine schlechte Wiederholbarkeit auf und kann den tatsächlichen mechanischen Zustand der Haut nicht simulieren. Das Mikronadel-Array kann als standardisiertes „Hautperforationswerkzeug“ dienen, das gleichmäßige und konsistente Mikrokanäle auf isolierter Haut erzeugt und so eine transdermale Screening-Plattform mit hohem Durchsatz schafft. Pharmaunternehmen können diese Plattform nutzen, um mithilfe von Mikronadeln schnell die transdermalen Raten verschiedener Formulierungen und Verbindungen mit unterschiedlichem Molekulargewicht zu testen und so das optimale Schema für die Arzneimittelabgabe zu ermitteln.

In der Grundlagenforschung liegt die Rolle von Mikronadeln in der präzisen Manipulation der Mikroumgebung der Haut. Forscher können Mikronadeln unterschiedlicher Länge und Dichte verwenden, um die Verteilung von Immunzellen, die Dichte von Nervenenden und das Gefäßnetzwerk in verschiedenen Hautschichten zu untersuchen. Durch die Injektion fluoreszierend markierter Tracer in bestimmte Tiefen mithilfe von Mikronadeln und die anschließende Beobachtung ihrer Diffusionswege in der Haut mithilfe eines Zwei-Photonen-Mikroskops kann beispielsweise die Dynamik der Lymphdrainage und Arzneimittelclearance in der Haut aufgedeckt werden. Diese Daten sind entscheidend für das Verständnis der Pathogenese von Hautkrankheiten und die Optimierung von Strategien zur Arzneimittelverabreichung.

Die Rolle von Mikronadeln bei der Sammlung biologischer Proben hat die wissenschaftliche Forschung erheblich erleichtert. Herkömmliche Hautbiopsien erfordern die chirurgische Entfernung von Gewebeblöcken, die erhebliche Traumata und Narbenbildung verursachen. Mikronadel-Arrays können Hunderte winziger Gewebekerne auf einmal sammeln, jeder mit einem Durchmesser von nur wenigen hundert Mikrometern und mit kontrollierbarer Tiefe. Diese Mikrogewebeproben können einer histologischen Färbung, Genexpressionsanalyse und Proteomikforschung unterzogen werden, und die kleinen Wunden an der Spenderstelle können innerhalb weniger Tage heilen. Diese „minimalinvasive Biopsie“-Technologie ermöglicht es, die Entwicklung von Hautläsionen in Längsrichtung zu verfolgen, beispielsweise in Studien zu Psoriasis oder Hautkrebs, wo wiederholte Probenentnahmen durchgeführt werden können, ohne die Lebensqualität des Patienten zu beeinträchtigen.

Darüber hinaus weisen Mikronadeln auch in der Zell- und Gentherapie einzigartige Funktionen auf. Durch das Laden von mRNA, die für therapeutische Proteine ​​oder CRISPR-Cas9-Geneditierungssysteme kodiert, in lösliche Mikronadeln wird eine direkte Abgabe an Hautzellen ermöglicht. Diese nicht-virale Verabreichungsmethode vermeidet die Immunogenitäts- und Integrationsrisiken, die durch herkömmliche virale Vektoren verursacht werden. In Mausmodellen induzierte der durch Mikronadeln verabreichte mRNA-Impfstoff erfolgreich eine starke Antitumor-Immunantwort. Die Mikronadeltherapie entwickelt sich von einem einfachen Verabreichungsinstrument zu einer multifunktionalen Plattform, die Grundlagenforschung mit klinischer Umsetzung verbindet und so das Innovationstempo der gesamten biopharmazeutischen Industrie vorantreibt.