| License: Publishing license for publications excluding print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-133856
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.13385
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 26 July 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Achim Göpferich |
| Date of exam: | 15 July 2009 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institute of Pharmacy > Pharmaceutical Technology (Prof. Göpferich) |
| Interdisciplinary Subject Network: | Not selected |
| Keywords: | Wirkstofffreisetzung, Epidermaler Wachstumsfaktor, Makuladegeneration, Keratokonjunktivitis sicca, Augenarzneimittel, Augeninsert, Bevacizumab, intraokuläres Drug Delivery System, ocular insert, Bevacizumab, intraocular drug delivery system |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences 600 Technology > 610 Medical sciences Medicine |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 13385 |
Abstract (German)
Für eine Therapie von Augenerkrankungen mit Proteinen sind herkömmliche Arzneiformen nur bedingt geeignet. So kann z. B. epidermaler Wachstumsfaktor (EGF) bei Keratoconjunctivits sicca eingesetzt werden, jedoch sollte die Arzneiform dafür eine möglichst lange Verweildauer des Wachstumsfaktors auf der Augenoberfläche gewährleisten. Durch den Tränenfluss werden Augentropfen (als meist verbreitete ...
Abstract (German)
Für eine Therapie von Augenerkrankungen mit Proteinen sind herkömmliche Arzneiformen nur bedingt geeignet. So kann z. B. epidermaler Wachstumsfaktor (EGF) bei Keratoconjunctivits sicca eingesetzt werden, jedoch sollte die Arzneiform dafür eine möglichst lange Verweildauer des Wachstumsfaktors auf der Augenoberfläche gewährleisten. Durch den Tränenfluss werden Augentropfen (als meist verbreitete Darreichungsform am Auge) jedoch sehr schnell aus dem Auge gespült. Auch für die Behandlung von Erkrankungen der Netzhaut sind Augentropfen nicht geeignet, da die physiologischen Schutzfunktionen der Augen die dafür notwendige Resorption der Arzneistoffe erschweren. Deswegen muss z. B. zur Behandlung der Altersbedingten Makuladegeneration (AMD) der Antikörper Bevacizumab derzeit einmal monatlich direkt in den Glaskörper injiziert werden.
Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines löslichen, mit EGF beladenen Augeninserts zur Behandlung der Keratoconjunctivis sicca und eines intraokulären Drug Delivery Systems, mit dessen Hilfe wiederholte intravitreale Injektionen vermieden werden könnten. Als Matrix für das Augeninsert dienten wasserlösliche Alginate, die durch Calciumionen quervernetzt wurden. Diese Quervernetzung wurde am oszillierenden Rheometer untersucht, wobei als Calciumquelle ein Ca-EDTA-Komplex und das schwerlösliche Salz CaHPO4 dienten. Aus beiden Quellen wurden die Calciumionen durch eine langsame Verringerung des pH-Wertes mittels Glucono-δ-lacton (GDL) freigesetzt. Die Festigkeit der Gele hängt dabei in erster Linie vom verwendeten Alginattyp ab, während die Geschwindigkeit der Quervernetzung sowohl durch die verwendete Konzentration von Calcium und GDL als auch durch den pH-Wert der Ausgangslösung beeinflusst werden kann. Damit sich die Augeninserte während der Applikation auflösen können, muss die Quervernetzung durch Bildung eines stabilen Ca-EDTA-Komplexes wieder rückgängig gemacht werden. Während der Anwendung soll der pH-Wert innerhalb der Insertmatrix durch die Tränenflüssigkeit erhöht und so der Ca-EDTA-Komplex gebildet werden. Die in vitro Auflösung von EDTA-haltigen Augeninserten wurde mittels Inkubation im Schüttelwasserbad und mit Hilfe einer Durchflusszelle untersucht. In der Durchflusszelle mit einem Volumen von 72 µl können die physiologischen Verhältnisse am Auge, vor allem das geringe Tränenvolumen, besser nachgestellt werden. Es zeigte sich, dass durch die Einarbeitung von EDTA langsam lösliche Augeninserte hergestellt werden können.
Diese löslichen Augeninserte auf Alginatbasis wurden mit EGF beladen. Die Stabilität dieses Peptids während des Herstellungsprozesses wurde mittels HPLC untersucht und die Abbauprodukte mittels Massenspektrometrie identifiziert. Als Hauptabbauprodukt wurde einfach oxidiertes EGF neben desamidiertem und dreifach oxidiertem EGF gefunden. Außer der Stabilität wurden noch die in vitro Freisetzungseigenschaften der Augeninserte untersucht. Unabhängig von der verwendeten Methode (einfache Inkubation oder Durchflusszelle) konnte die Freisetzung durch eine Erhöhung der Alginatmenge und durch Verwendung eines längerkettigen Alginats leicht verzögert werden. Es zeigte sich aber ein deutlicher Unterschied beim Vergleich der beiden Methoden, da die Freisetzung in dem größeren Volumen deutlich schneller erfolgte.
Für das introkuläre Drug Delivery System, das große Proteine wie den Antikörper Bevacizumab über einen möglichst langen Zeitraum freisetzen sollte, wurde ein injizierbares PEG-Hydrogel aus zwei Komponenten verwendet. Nach ihrer Durchmischung reagieren die beiden Komponenten in situ und bilden ein quervernetztes Hydrogel. Um zu verhindern, dass Proteine kovalent in das Gelgerüst eingebunden werden, wurden diese durch Zugabe von nicht-quervernetzbarem PEG ausgefällt. Es zeigte sich, dass die zur Präzipitation benötigte Menge in erster Linie von der Kettenlänge des verwendeten PEGs abhängt: Je höher das Molekulargewicht, desto weniger PEG wurde zur vollständigen Ausfällung benötigt. Wie die Freisetzungsuntersuchungen mit Antikörpern zeigten, hängt die freigesetzte Menge Protein von der eingesetzten Menge an löslichem PEG ab: Je mehr zusätzliches PEG verwendet wurde, desto mehr Protein wurde freigesetzt. Die Dauer der Freisetzung konnte durch eine höhere Konzentration an gelbildenden Komponenten von einer Woche auf etwa zwei Wochen verlängert werden.
Translation of the abstract (English)
Conventional ocular dosage forms are not well suited for a protein therapy of the eyes. For example, epidermal growth factor can be used for the treatment of Keratoconjunctivits sicca, but the dosage form should then guarantee a contact of the growth factor with the ocular surface for as long as possible. However, eye drops (as the most used ocular dosage form) are drained quickly from the ocular ...
Translation of the abstract (English)
Conventional ocular dosage forms are not well suited for a protein therapy of the eyes. For example, epidermal growth factor can be used for the treatment of Keratoconjunctivits sicca, but the dosage form should then guarantee a contact of the growth factor with the ocular surface for as long as possible. However, eye drops (as the most used ocular dosage form) are drained quickly from the ocular surface. For the treatment of retinal diseases, eye drops are also not well suited because the physiological barriers of the eye will hinder the necessary absorption of the drug substances. For that reason, the antibody Bevacizumab must be injected directly into the vitreous body once a month in order to treat age-related macular degeneration.
The goal of this thesis was the development of a soluble, EGF-loaded ocular insert for the treatment of Keratoconjunctivits sicca and of an intraocular drug delivery system suitable to avoid multiple intravitreal injections. Water soluble alginates, which were cross-linked via Calcium ions, were used as the matrix for the ocular inserts. The cross-linking was studied with an oscillating Rheometer using either a Ca-EDTA-complex or the insoluble salt CaHPO4. From both sources the Calcium ions were released via slowly reducing the pH with gluconic acid lactone. The gel strength depended mainly on the type of alginate, whereas the rate of the cross-linking reaction could be influenced by both the concentration of calcium or gluconic acid lactone and the pH of the parent solution. In order to dissolve the ocular inserts during their application, the cross-links must be undone by forming a stable complex with EDTA. During the application, the tear liquid will diffuse into the inserts and increase the pH inside the matrix, thereby forming the stable Ca-EDTA-complex. The in vitro dissolution of the EDTA-containing ocular inserts was examined by incubation in a shaking water bath and with by using a flow cell. Simulation of the physiologic conditions in the eye, especially the small tear volume, was more accurate when using the small flow cell with a volume of only 72 µl. The dissolution tests showed that slowly soluble ocular inserts can be made by incorporating EDTA into the matrix.
The soluble ocular inserts based on alginates were loaded with EGF. The stability of this peptide during the manufacturing process was investigated with HPLC and the degradation products were identified via mass spectrometry. As the main degradation product, mono-oxidised EGF was found beside deamidated and threefold oxidised EGF. Apart from the stability, also the in vitro release properties of the inserts were studied. Independent on the applied method (incubation or flow cell), the release of EGF could be delayed slightly by increasing the amount of alginate and by using an alginate with a longer chain length. However, when comparing the two methods, a difference could be shown as the release was distinctly faster in the bigger volume.
For the intraocular drug delivery system, which should release bigger proteins as for example the antibody Bevacizumab for a time period as long as possible, an injectable PEG-Hydrogel made up of two components was used. After mixing, the two components react in situ to form a cross-linked hydrogel. In order to inhibit covalent bonds between the protein and the gel network, the protein was precipitated by adding PEG which was not cross-linkable. It could be shown that the amount of PEG required for precipitation depends mainly on the chain length of the used PEG: the higher the molecular weight, the less PEG was needed for a complete precipitation of the protein. As could be shown by in vitro release studies with antibodies, the released amount of protein depends on the amount of soluble PEG: the more additional PEG was used, the more protein was released. The duration of the release could be increased from one to two weeks by increasing the concentration of the gel-forming components.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 10:01
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