| Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Publikationen ohne Print on Demand (13MB) |
- URN zum Zitieren dieses Dokuments:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-279488
- DOI zum Zitieren dieses Dokuments:
- 10.5283/epub.27948
| Dokumentenart: | Hochschulschrift der Universität Regensburg (Dissertation) |
|---|---|
| Open Access Art: | Primärpublikation |
| Datum: | 19 Januar 2015 |
| Begutachter (Erstgutachter): | Prof. Dr. Achim Göpferich |
| Tag der Prüfung: | 15 März 2013 |
| Institutionen: | Chemie und Pharmazie > Institut für Pharmazie > Lehrstuhl Pharmazeutische Technologie (Prof. Göpferich) |
| Stichwörter / Keywords: | cyclosporin A, budesonide, in-situ nanosuspension, micellar solution, bioavailability, biocompatibility, liquid |
| Dewey-Dezimal-Klassifikation: | 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie |
| Status: | Veröffentlicht |
| Begutachtet: | Ja, diese Version wurde begutachtet |
| An der Universität Regensburg entstanden: | Ja |
| Dokumenten-ID: | 27948 |
Zusammenfassung (Englisch)
This thesis was focused on the development of efficient novel liquid formulations for poorly water soluble drugs for the treatment of inflammatory ophthalmic diseases. With Restasis® there is currently only one drug product approved by the FDA, in the US only, for the treatment of dry eye syndrome. It still suffers from low bioavailability, bad biocompatibility and thus a low patient compliance, ...
Zusammenfassung (Englisch)
This thesis was focused on the development of efficient novel liquid formulations for poorly water soluble drugs for the treatment of inflammatory ophthalmic diseases. With Restasis® there is currently only one drug product approved by the FDA, in the US only, for the treatment of dry eye syndrome. It still suffers from low bioavailability, bad biocompatibility and thus a low patient compliance, as well as cumbersome manufacturing. Hence, there is a tremendous lack in the options for a causal therapy (Chapter 1). For this reason, two novel approaches, which could be finally prepared at room temperature only by gentle stirring from well known compounds, were investigated; an in-situ nanosuspension (INS), a clear solution which precipitates into nanoparticles upon contact with the tear fluid, and self- assembling micellar solution (MS) consisting of suitable no-ionic surfactants, water and drug only.
Initially, a selection of poly(ethylene glycol)-based solvents was investigated in terms of their ability to solubilize the lipophilic drugs cyclosporin A, budesonide and beclometasone as well as different viscosity enhancing or surface active additives (Chapter 2). The solvents showed outstanding solubilizing qualities for the drugs and the non-ionic surfactant Solutol® HS15 and further good compatibility with polymers. A turbidimetric high throughput method to determine the exact concentrations of water, at which a precipitation occurred, could be established. Thereby, with all solvents the concept of an in-situ precipitating formulation could be proven, with unique characteristics for each formulation. Unfortunately, in combination with budesonide and beclometasone it was not possible to vary or even control the precipitation. In presence of Solutol no further precipitation occurred. However, this made Solutol a promising candidate for development of micellar solutions (Chapter 4). As budesonide and beclometasone were not suitable for further INS investigations, they were exclusively conducted with cyclosporin A.
Upon this basic characterization study and the proof of the INS concept, a defined INS system containing CsA could be prepared and investigated with the solvent DME500, a poly(ethylene glycol) ether with an average molecular mass of 500 Da (Chapter 3). It was possible to control the amount of water necessary for a precipitation as well as the size of the resulting nanoparticles. The formulation used for biocompatibility and bioavailability studies showed a particle size of 697 ± 19 nm, a polydispersity index (PdI) of 0.1 ± 0.05. The particles carried no surface charge. By use of a flow through cell culture system in combination with a microscope equipped with a camera, the change in cell volume of primary human epithelia cornea cells (HCEpiC) by contact with the formulations was used as a measure for biocompatibility, and was found to be as good as a commercial aqueous solution of sodium hyaluronate. The study on drug uptake into porcine cornea was performed using custom made glass resorption chambers (CRC). Outstanding high tissue levels of cyclosporin A (3345 ngCsA/gcornea) which significantly exceeded those of Restasis® (545 ngCsA/gcornea) and an oily CsA solution (452 ngCsA/gcornea) were detected. To this end, the INS concept was shown to be functionally, biocompatible and able to reach high drug tissue levels in-vitro.
The second approach investigated and developed in this thesis was a self- assembling micellar solution. To reach this goal, by sorting of different non-ionic surfactants, Sympatens AS and Sympatens ACS, two poly(ethylene glycol) fat-alcohol ethers, were observed to be most suitable, due to their high efficiency in terms of drug loading (Chapter 4) and stability (Chapter 5). Only very low concentrations were necessary to reach therapeutic drug loadings for budesonide and cyclosporin A. The non-charged micelles had depending on their drug load a size from 8 to 10 nm and a monomodal size distribution (PdI < 0.1). They were perfectly tolerated by the established HCEpiC model in-vitro and a first preclinical formulation with 0.05 CsA and 0.3 % Sympatens AS reached significantly higher in-vitro drug tissue levels (1557 ngCsA/gcornea) in porcine cornea than Restasis® (545 ngCsA/gcornea) and an oily solution of CsA (452 ngCsA/gcornea) (Chapter 4). Furthermore, conditions could be achieved for non-loaded as well as drug-loaded systems at which the micellar system could be proven to be stable over a period of at least 12 months at 5 °C (Chapter 5).
With the last study, shown in Chapter 6, the two novel application systems were investigated for their compatibility and efficiency in-vivo. This allowed concomitantly to investigate the significance of the porcine in-vitro model. Both formulations, the INS and the MS, were well tolerated by the rabbits. With no abnormal reaction at all, the MS marked the perfect system and even exceeded the INS which caused only a minimal initial irritation. The tissue levels reached by the INS and the MS after 3 h were outstandingly high and exactly half of the levels detected for both formulations with the in-vitro model after 30 min. Furthermore, the in-vivo concentrations were significantly higher than those of Restasis® and a cationic emulsion with charge prolonged cornea retention.
In summary, it can be said that the INS and the MS could be shown to be formulations with simple manufacturing, high stability and biocompatibility. Both reached outstanding drug tissue levels. The established porcine in-vitro model turned out to reliably predict in-vivo drug cornea levels and thus, avoid unnecessary animal experiments. Both liquid application systems for poorly soluble drugs could be developed up to a pre-clinical form which are ready to enter clinical tests as new drug products for the causal treatment of inflammatory ophthalmic diseases such as the dry eye syndrome.
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige, flüssige Formulierungen für schwer wasserlösliche Arzneistoffe zur Behandlung entzündlicher Erkrankungen des vorderen Auges entwickelt. Aktuell ist mit dem Präparat Restasis® nur rein einziges Fertigarzneimittel zur Behandlung der Keratokonjunctivitis sicca von der FDA zugelassen und dieses auch nur für den US amerikanischen Raum. Leider bringt auch ...
Übersetzung der Zusammenfassung (Deutsch)
In der vorliegenden Arbeit wurden neuartige, flüssige Formulierungen für schwer wasserlösliche Arzneistoffe zur Behandlung entzündlicher Erkrankungen des vorderen Auges entwickelt. Aktuell ist mit dem Präparat Restasis® nur rein einziges Fertigarzneimittel zur Behandlung der Keratokonjunctivitis sicca von der FDA zugelassen und dieses auch nur für den US amerikanischen Raum. Leider bringt auch dieses Handelspräparat immer noch geringe Bioverfügbarkeit, schlechte Verträglichkeit und so eine geringe Patienten Compliance mit sich. Für eine effiziente kausale Therapie ist daher aktuell großer Bedarf (Kapitel 1). Aus diesem Grund wurden zwei neuartige Ansätze entwickelt, welche zudem durch eine äußerst einfache Herstellung hervorstechen; die In-situ Nanosuspension (INS), eine klare Lösung, welche bei Kontakt mit der Tränenflüssigkeit spontan den Wirkstoff in Nanostrukturen freisetzt, und eine selbst formendes mizellares System (MS), welches lediglich aus nicht ionischem Lösungsvermittler, Wasser und dem Arzneistoff besteht.
Eingangs wurde eine Auswahl a flüssigen Poly(ethylene glykolen) auf ihre Qualitäten als mögliche Lösungsmittel für die Wirkstoffe Cyclosporin A, Budesonid und Beclometason, sowie verschiedene viskositätserhöhende und oberflächenaktive Substanzen untersucht (Kapitel 2). Die Lösungsmittel zeigten sich als außerordentlich gute Solventien für die Arzneistoffe und den nicht-ionischen oberflächen aktiven Stoff Solutol® HS15, zudem konnte gute Kompatibilität zu verschidenen Polymermaterialien nachgewiesen werden. Es wurde ein turbidimetrisches Verfahren etabliert, welches erlaubte, das Ausfallen des Arzneistoffs exakt zu erfassen. Damit wurden das Konzept der INS als funktional belegt, aber auch für jedes Lösungsmittel individuelle Variationen gezeigt. Leider konnte das System für die Arzneistoffe Budesonid und Beclometason nicht weiter durch den Zusatz von Solutol gesteuert werden. Eine Präzipitation blieb hier gänzlich aus. Diese Tatsache machte Solutol allerdings zu einem aussichtsreichen Kandidaten für den parallel entwickelten Ansatz der mizellaren Lösung (Kapitel 4). Die weiteren Entwicklungen der INS wurden daher auf den Arzneistoff Cyclosporin A beschränkt.
Basierend auf den bereits gewonnenen Ergebnissen wurde für CsA eine erste INS unter Verwendung des Lösungsmittels DME500 formuliert und detailliert untersucht (Kapitel 3). Es war reproduzierbar möglich den Punkt des Ausfallens, so wie die Partikelgröße des Präzipitats zu variieren. Die letztlich für in-vitro Verträglichkeitsstudien und in-situ Gewebsaufnahmestudien verwendete Formulierung zeigte eine Partikelgröße von 697 ± 19 nm und einen Polydispersitätsindex (PdI) von 0.1 ± 0.05. Die Partikel waren zudem ungeladen. In einer in-vitro Verträglichkeitsstudie an primären, humanen Cornea Epithelzellen wurden die Systeme gut vertragen und zeigten ähnliche Effekte, wie eine handelsübliche Natriumhyaluronat Lösung. Für eine Wirkstoffgewebsaufnahmestudie wurde gläserne Resorptionskammern für enukleierte Schweineaugen entwickelt.. Damit war es möglich außerordentlich hohe Wirkstoffspiegel von CsA (3345 ngCsA/gcornea) nachzuweißen, welche die von Restasis (545 ngCsA/gcornea) und einer öligen CsA Lösung (452 ngCsA/gcornea) significant übertrafen.
Der zweite Ansatz, welcher in vorliegender Arbeit verfolgt wurde, war eine sogenannte selbst formende mizellare Lösung. Um diesen zu verwirklichen, wurden aus verschiedenen Hilfstoffen mit den nicht-ionische oberflächenaktiven Substanten Solutol, Sympatens AS und Sympatens ACS die besten Optionen hinsichtlich Ihrer Löslichkeitsverbesserden Eigenschaften (Kapitel 4) und Mizellstabilität (Kapitel 5) gewählt. Es waren nur geringen Konzentrationen von Nöten, um letztlich therapeutische relevante Arzneistoffbeladungen zu realisieren. Die ungeladenen Mizellen hatten eine Größe von 8 bis 10 nm und eine nahezu monomodale Größenverteilung (PdI < 0.1). Diese Lösungen wurden am Zellmodell perfekt vertragen und erreichten bemerkenswerte Cyclosporin A Gewebsspiegel (1557 ngCsA/gcornea) im Schweineaugenmodell (Kapitel 4). Darüber hinaus zeigten sie keine Veränderungen in Mizellgröße und Wirkstoffgehalt über einen Zeittraum von mindestens 12 Monaten (Kapitel 5).
In einer letzten Studie (Kapitel 6) wurden beide Formulierungen im Tierversuch auf Biocompatibilität und Bioverfügbarkeit getestet. Sowohl die INS, wie auch die MS wurden gut vom Hasenauge vertragen und die Tiere zeigten keine Anomalitäten in ihrem Verhalten. Die Gewebsspiegel waren analog zum in-situ Modell außerordentlich hoch und ein Zusammenhang zwischen beiden Studien konnte aufgezeigt werden. Anhand dieser Korrelation wurden auch im Tierversuch signifikante Verbesserungen zu Restasis gezeigt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beiden entwickelten Ansätze mit einfacher Herstellung, Stabilität, ihrer Verträglichkeit und herausragenden Wirkstoffgewegsspiegeln in in-vitro und in-vivo vielsprechende Optionen für eine kausale Therapie entzündlicher Erkrankungen des vorderen Auges darstellen. Das etablierte Resorptionsmodell für enukleierten Schweineaugen stellt überdies eine Möglichkeit dar unter Verzicht auf Tierversuche bereits im Voraus Wirkstoffspiegel abzuschätzen. Beide Formulierungen wurden bis zu einem präklinischen Stand entwickelt und können nun in klinischen Studien auf dem Weg zu neuen Arzneimitteln zur kausalen Behandlung von Krankheiten, wie dem Trockenen Auge eintreten.
Metadaten zuletzt geändert: 26 Nov 2020 02:58
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