Franke, Patrick: Vitamin D3-Analogon / -Cyclodextrin-Kavitate - Herstellung, Charakterisierung und In-vitro-Liberation aus Dermatika -

Kapitel 1. Einleitung

Im letzten Jahrzehnt hat die externe Therapie zunehmend an Interesse gewonnnen. Das läßt sich nicht nur auf klassische dermatologische Wirkstoffe beziehen, sondern zeigt sich auch in der kutanen Applikation von Arzneistoffen mit systemischer Wirkung. Die Gründe dafür liegen sowohl in der Erforschung neuer hoch wirksamer Substanzen als auch in der Entwicklung von Arzneiträgern (Vehikeln), mit denen neue Wege der lokalen Applikation im Hinblick auf kontrollierte Freisetzung (sustained release) und zielgerechte Arzneistoffabgabe (drug targeting) beschritten werden sollen.

Im Hause Schering befindet sich zur Zeit ein neues Calcitriol-Analogon in der Entwicklung. Dieser vom aktiven Vitamin D3 (Calcitriol) abgeleitete Arzneistoff ist antipsoriatrisch wirksam. Allerdings besitzt diese Substanzklasse aufgrund ihrer hohen Potenz auch unerwünschte irritativ lokale Wirkungen und einen ausgeprägten hypercalcämischen Effekt (Calcinose-Wirkung). Ziel ist es, mit der Neuentwicklung eine größere therapeutische Breite und eine geringere Hautirritation im Vergleich zu etablierten Vitamin D-Analoga zu erreichen. Es sind hierbei zwei mögliche Wege zu beschreiten: In biochemischer Hinsicht müßte eine neue Verbindung schnell nach perkutaner Resorption metabolisiert werden, um systemische Verfügbarkeit zu minimieren, dabei aber ein hohes Maß an lokaler Effektivität gewährleisten. In pharmazeutisch-technologischer Hinsicht könnte die Steuerung der Liberationsrate eines hochpotenten Arzneistoffs aus dem Vehikel, in Verbindung mit einer bevorzugten Lokalisation des Wirkstoffs in der Epidermis einen entscheidenen Beitrag leisten. Der Einschluß des Vitamin D-Analogons in Cyclodextrin-Moleküle könnte z.B. zu einer Beeinflussung des Liberationsverhaltens führen und gegebenenfalls die Irritationsstärke des Wirkstoffs herabsetzen. Wünschenswert wäre ferner eine geringere systemische Verfügbarkeit zugunsten höherer lokaler Effektivität.


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1.1. Dermale Applikation von Arzneistoffen

Die Haut bestimmt in entscheidener Weise das Leben und Erleben des Organismus in seiner Umwelt. Von der Zellmembran des Einzellers bis hin zum hochspezialisierten, verhornenden Plattenepithel des Menschen sichert eine intakte Haut die Integrität des Lebewesens, indem sie es vor Flüssigkeitsverlust und Eindringen gefährdender Fremdstoffe bewahrt [ siehe ]. Mit einer Fläche von 1,6 bis 2 m2 und einem Anteil von etwa 20 % vom Körpergewicht eines Erwachsenen ist die Haut das größte Organ des Menschen [ siehe ]. Die zunehmende Ausweitung ihrer Möglichkeiten und Kapazitäten im Laufe der Evolution zeigt sich in Schutz, Abwehr, Sinneswahrnehmung und Homöostase. Zur Erfüllung dieser Aufgaben haben sich in den drei Schichten Subcutis (Unterhaut), Dermis (Korium, Lederhaut) und Epidermis (Oberhaut) zum Teil hochspezialisierte Strukturen entwickelt, die die verschiedenen Funktionen erfüllen [ siehe ].

Die Haut ist im Vergleich zu anderen Zielorganen einer Therapie besonders leicht zugänglich. Dies zeigt sich auch in der Vielfalt der Applikationsformen [ siehe ]. Dermatika im eigentlichen therapeutischen Sinne stellen Zubereitungen dar, deren Wirkstoffe die lebende Epidermis und die Dermis erreichen sollen. Die dermale Applikation hat somit das Ziel, lokal begrenzte pharmakologische Wirkung zu erzielen [ siehe ]. Die systemische Verfügbarkeit (transdermale Applikation) ist in diesem Fall nicht erwünscht [ siehe ].

Da die Epidermis von besonderer Bedeutung für die Penetration von Arzneistoffen ist, soll im folgenden näher auf ihre Funktion eingegangen werden. Mit einem Anteil von etwa 90 % stellen die Keratinozyten den elementaren Baustein der Epidermis dar. Der Keratinozyt durchläuft als multipotente Zelle verschiedene Differenzierungsgrade, bevor er am Ende seiner Lebenszeit [ siehe ] - nach etwa 35 bis 45 Tagen - als Hornschuppe von der Hornzellschicht abgestoßen wird (Prozeß der Keratinisierung) [ siehe ].

Die unterste Zellschicht der Epidermis stellt die Basalzellschicht dar, in der der Keratinozyt als Basalzelle zunächst proliferierende Eigenschaften besitzt. Nach seinem Übertritt in die mittleren Zellschichten der Epidermis - die Stachelzell- und die Granularzellschicht, die den lebenden Teil der Epidermis darstellen - übernimmt der Keratinozyt verschiedene Differenzierungsfunktionen [ siehe ]. Das Hauptdifferenzierungsprodukt des Keratinozyten stellt das alpha-Keratin dar, das ca. 80 % des Proteinanteils in der späteren Hornschuppe ausmacht. Darüber hinaus werden Keratohyalingranula synthetisiert, deren Folge-


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produkte gemeinsam mit den alpha-Keratinfilamenten die Matrix der späteren Hornschuppe darstellen [ siehe , siehe ]. Umschlossen wird diese Matrix von einer widerstandsfähigen quervernetzten Hülle (”cornified envelope“), die aus einem in der Zellperipherie synthetisierten Protein und der außen liegenden Plasmamembran gebildet wird [ siehe , siehe ]. Die so erhaltenen Einzelbausteine werden interzellular durch spezialisierte Lipide miteinander verkittet. Zu diesem Zweck bildet der Keratinozyt in seinem Zytosol sogenannte ”Membran-coating-granules“, deren lamellare Körperchen in der Lage sind, mit der Plasmamembran der Keratinozyten zu verschmelzen und so ihren Inhalt in den Interzellularraum zu entleeren [ siehe ]. Diese lamellaren Körperchen beinhalten ursprünglich an neutrale Zucker gebundene Lipide und Proteine, hydrolytische Enzyme und freie Sterole. Die Zusammensetzung der Sekrete ändert sich während der Entwicklungsstadien der Keratinozyten. Als Syntheseprodukte werden in den Schichten des Stratum corneum Phospholipide, Cholesterole, neutrale Lipide, Sphingolipide und Ceramide gefunden [ siehe , siehe , siehe , siehe ]. Im Interzellularraum kommt es nachfolgend zum Rearrangement der kurzen, flachen Scheiben zu der charakteristischen Lipid-Doppelmembran. Hat der Keratinozyt die verschiedenen Differenzierungsstadien durchlaufen, erreicht er das Stadium der Transformation: Durch Freisetzung verschiedener Zellenzyme werden selektiv Organellen, wie Mitochondrien, das rauhe endoplasmatische Retikulum und der Golgi-Apparat, aufgelöst und teilweise ausgeschleust. Aus dem lebenden, sich differenzierenden Keratinozyten entsteht somit der tote Keratinozyt (Korneozyt bzw. Hornschuppe), der gemeinsam mit der Lipid-Doppelmembran die oberste Zellschicht der Epidermis, die Hornzellschicht (Stratum corneum), ausbildet, die den toten Teil der Epidermis darstellt.

Der lebende Teil der Epidermis besitzt keine Barriereeigenschaften, kann aber durch in ihr vorhandene metabolisierende Enzyme die Resorption von Arzneistoffen beeinflussen [ siehe , siehe ]. Der tote Teil der Epidermis - die Hornzellschicht - stellt als oberste Schicht der Epidermis das eigentliche Barrieresystem der Haut dar [ siehe , siehe ]. Die intensive Barrierefunktion ist darauf zurückzuführen, daß der betreffende Arzneistoff nacheinander hydrophile, lipophile und dann wieder hydrophile Schichten passieren muß [ siehe ]. Da die Hornschuppen hauptsächlich aus Proteinen bestehen und das Zwischenzellvolumen, das mit 10 bis 30 % des Gewebes einen außergewöhnlich hohen Anteil einnimmt, aus spezialisierten Lipiden besteht, stellt die Hornzellschicht ein echtes Zwei-Komponentensystem dar.


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Somit sind zwei potentielle Wege der perkutanen Wirkstoffpermeation durch die Hornzellschicht denkbar: die interzelluläre Passage durch die Lipidmembran zwischen den Zellen oder die transzelluläre Passage, bei der der Wirkstoff alternierend durch Hornschuppen und extrazelluläre Lipidmembran diffundiert. Die Prinzipien der Arzneistoffpassage durch das Stratum corneum sind in siehe schematisch dargestellt. Das Ausmaß der Permeation eines Wirkstoffs hängt damit maßgeblich von zwei Faktoren ab:

Die Schichtdicke der Hornzellschicht variiert intraindividuell [ siehe ] (je nach Körperregion) und interindividuell [ siehe ] in einem Bereich von 5 µm bis 600 µm [ siehe ]. Die Effektivität der Barriere der Hornzellschicht unterschiedlicher Regionen ist allerdings weniger von der Dicke als von der Zusammensetzung der Hornschuppen und des interzellulären Materials abhängig [ siehe ].

Abb. 1: Schematischer Aufbau des Stratum corneum nach Barry [siehe]


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Darüber hinaus ist eine Wirkstoffpermeation durch die sogenannten Hautanhangsgebilde möglich: Die Abkömmlinge der Epidermis - Haarfollikel mit Talgdrüsen und Duftdrüsen (apokrine Drüsen), ekkrine Schweißdrüsen und Nägel bieten für Wirkstoffe Kanäle (”Shunts“), die eine Aufnahme unter Umständen erleichtern können (transfollikuläre und transglanduläre Permeation). Allerdings macht der Anteil der Haarfollikel und Schweißdrüsenführungsgänge nur ca. 0,1 % des Gesamtvolumens der Haut aus [ siehe , siehe ].

Die Hautoberfläche besitzt einen Hydrolipidfilm, welcher eine Komposition von Talg, von den Talgdrüsen sezerniert, wasser- und fettlöslichen Substanzen aus der Hornschicht und Schweiß darstellt [ siehe ]. Diese Mischung bildet Emulsionen vom W/O- und O/W-Typ und schützt die Haut vor Austrocknung [ siehe ].

Eine direkte Beeinflussung der perkutanen Resorption konnte bisher nicht im Zusammenhang mit dem Wasser-Fettfilm der Hautoberfläche nachgewiesen werden [ siehe ]. Es ist allerdings anzunehmen, daß Dermatika im Kontakt mit dem Hautoberflächenfilm Wechselwirkungen und Veränderungen erfahren können.

Der Weg von Arzneistoffen durch die Haut läßt sich in folgenden Schritten beschreiben:

Im einzelnen ist eine Wirkstoffaufnahme in die Haut neben den beschriebenen passiven Diffusionsvorgängen von weiteren Faktoren abhängig. So sind die physikochemischen Eigenschaften des Arzneistoffs, Einflüsse des Vehikels, und der aktuelle Zustand der Haut von entscheidender Bedeutung [ siehe ]. Zum Beispiel wird aufgrund eines geringen Wassergehalts im Stratum corneum die Diffusion von Wirkstoffen in die Epidermis


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besonders erschwert sein. Eine Hydratisierung wird durch Okklusion erreicht [ siehe ]. Die Hornschicht kann das Drei- bis Fünffache ihres Gewichts an Wasser aufnehmen und wird in diesem Zustand permeabler. Salben besitzen oft okkludierende Wirkung, führen dann zur Quellung und Erweichung der Hornschicht und fördern damit unter Umständen die Wirkstoffpenetration. Sie eignen sich daher zur Behandlung infiltrierter, chronisch-entzündlicher Dermatosen. Das Risiko einer Hautirritation ist jedoch bei der Okklusion erhöht.

Mit wachsendem Interesse wird die Frage nach der Modulierbarkeit der Wirkstoffpenetration gestellt. Inzwischen existiert eine große Anzahl von Stoffen, die die Penetration verstärken. Der Einsatz von Enhancern wird in einer Reihe von Publikationen beschrieben [ siehe , siehe , siehe , siehe ]. Eine Übersicht wird z.B. in einen Artikel von Neubert et al. gegeben [ siehe ]. Im Gegensatz dazu gibt es nur wenige Untersuchungen über Substanzen, die die Penetration herabsetzen [ siehe ]. Dies könnte bei hochpotenten, gut permeablen Stoffen erwünscht sein, wenn nur eine lokale Wirkung angestrebt wird. Zum Einsatz gelangen hier Modulatoren, die als sogenannte Retarder oder Reducer fungieren. Dabei besteht die Möglichkeit, Einfluß auf die Barrierefunktion der Hornschicht, auf die Liberation aus dem Vehikel und / oder die Abgabe des Wirkstoffs aus einem Komplex zu nehmen [ siehe ].

Der Einfluß des Vehikels spielt bei der Modulation der Wirkstoffpenetration eine außerordentlich große Rolle. Die Art der Verteilung eines Wirkstoffs und seine Wechselwirkungen im Vehikel sind für die Liberation und damit für den ersten geschwindigkeitsbestimmenden Schritt bei der Arzneistoffaufnahme durch den Organismus verantwortlich.

Die Freisetzung von Wirkstoffen aus Arzneiformen ist in den vergangenen Jahren in wachsendem Maße mit In-vitro-Methoden untersucht worden. Neue Methoden sind hinzugekommen, primär für Dermatika und transdermale Systeme [ siehe ]. Diese sind nicht unumstritten, weil die Durchführung der Methoden nicht einheitlich ist und ihre Aussagefähigkeit teilweise ungenügend differenziert wird. Deshalb ist es elementar, die Zielvorstellung klar zu definieren. Unterschieden werden sollte zweckmäßig zwischen Arzneistoff-Liberation, -Penetration und -Permeation.

Unter der Vielzahl der In-vitro-Membranmodelle hat sich der Horizontal-Modelltyp ("finite-dose-technique") durchgesetzt [ siehe , siehe , siehe ], bei dem horizontal angeordnete synthetische Membranen mit einem niedrigen Diffusionswiderstand Donator- und Akzeptorkompartiment trennen. Die applizierte Probe entspricht hierbei therapeutischen Mengen


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und Konzentrationen. Freisetzungsmethoden mit exzidierter Human- oder Tierhaut erweisen sich für Liberationsmessungen als weniger geeignet, da standardisierbare Bedingungen schwer zu realisieren sind. Im folgenden werden drei etablierte Liberationsapparaturen beschrieben, die sich innerhalb der Systematik der In-vitro-Modelle dem Typ der “finite-dose-technique“ zuordnen lassen.

Salbenliberationszelle nach Loth

Mit dem Liberationsmodell nach Loth [ siehe ], von der Firma Sartorius (Göttingen) produziert, kann das Arzneistoff-Freisetzungsverhalten aus Salbengrundlagen mit unterschiedlichen Eigenschaften untersucht werden. Der Arzneistoff diffundiert aus der Salbenzubereitung durch eine double-layer-Membran in ein flüssiges Akzeptormedium. Diese hydrophile/lipophile Zweischichtenmembran ist sowohl für Salbengrundlagen als auch für das Akzeptormedium (Wasser) undurchlässig. Die Salbenliberationszelle besteht aus drei durch Bolzen und Muttern zusammengehaltenen Plexiglasplatten, in zwei dieser Platten sind Kammern eingelassen (Salbenkammer und Akzeptorkammer), die durch die Membran getrennt sind. Der Temperierraum in der mittleren Platte wird von Temperierwasser von 32°C durchströmt. Die Diffusionsfläche beträgt ca. 16 cm2. Die Akzeptorkammer besitzt ein Volumen von 100 ml.

Abb. 2: Liberationsmodell nach Loth [siehe]


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Drehscheibenzellen-Modell nach Moll / Bender

Das Modell besteht aus einem Rührgefäß, einer Donatorzelle, bestehend aus Donator und Schnappring (Teflon®), sowie einem thermostatisierbaren Wasserbad. Ein passender Gefäßdeckel verhindert das Verdampfen des Akzeptormediums. Die Drehscheibenzelle sorgt durch ihre Rotation für die erforderlichen Durchmischungsverhältnisse im Akzeptorraum. Die im System das Freisetzungsverhalten eines Arzneistoffs beeinflussenden Parameter sind in ihrer Zahl überschaubar sowie eindeutig zu charakterisieren. Das Drehscheibenzellen-Modell nach Moll / Bender [ siehe ] wird als eine einfach zu handhabende, gut reproduzierbare Ergebnisse liefernde In-vitro-Freisetzungsapparatur beschrieben.

Abb. 3: Drehscheibenzelle nach Moll / Bender [siehe]

Franz Diffusionszellsystem

Die ursprünglich von Franz [ siehe ] entwickelte ”statische“ Diffusionszelle wurde bisher vor allem für Untersuchungen der Kinetik perkutaner Resorption herangezogen. Die Zellen haben Akzeptor-Kompartimente mit effektiven Volumina zwischen 10 und 18,5 ml und Membran-Flächen zwischen 1,6 und 4,9 cm2. Die Akzeptor-Lösung wird mittels Magnetrührer durchmischt und durch zirkulierendes Wasser in einem Mantel, der das Akzeptor-Kompartiment umschließt, temperiert. Modifizierungen der Geometrie der Rezeptorkammer, Durchflußverfahren, Automatisierung und der Einsatz von synthetischen Membranen erweitert ihren Einsatzbereich: So werden modifizierte Franz-


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Diffusionszellen inzwischen neben Untersuchungen zur perkutanen Absorption auch für Liberationsuntersuchungen herangezogen.

Die ”statische“ Franz-Diffusionszelle ist für Untersuchungen von Systemen mit geringen Freisetzungsraten und sehr niedrig dosierten Dermatika besser geeignet als entsprechende Franz-Durchflußzellen, da in letzterem Fall durch den Abtransport des Arzneistoffs aus dem Akzeptor die analytische Erfassung grenzwertig wird. Auch etablierte ”statische“ Liberationsmethoden für Corticosteroide aus Hydrogelen und Cremes lassen aus ausgesprochen lipophilen Salbengrundlagen eine Detektion des Arzneistoffs im Akzeptormedium oft nicht mehr zu [ siehe ]. Eine schematische Darstellung der ”statischen“ Franz-Diffusionszelle zeigt siehe .

Abb. 4: Schematische Darstellung der statischen Franz-Diffusionszelle FDC-400

Derzeit existiert keine einheitliche Methodik, was auch auf das Fehlen einer Richtlinie über In-vitro-Liberationsmethoden für Dermatika in den Arzneibüchern zurückzuführen ist. Eine Arbeitsgruppe der Food and Drug Administration (FDA) [ siehe ] plant die Aufnahme einer Liberationsmethode für Dermatika als Qualitätskontrolle in das US-Arzneibuch. Inzwischen sind auch in Europa, in Anlehnung an die Untersuchungen der FDA,


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erfolgreich topische Formulierungen getestet worden [z.B. siehe ]. Die vorgestellte In-vitro-Liberationsmethode wird als einfache, verläßliche und reproduzierbare Methode beurteilt, die geeignet ist, Arzneistoff-Freisetzungseigenschaften einzuschätzen und batch-to-batch Uniformität von dermalen Topika zu sichern. Ferner soll sie der Erhebung von Daten (“release-rates“) im Zusammenhang mit vergleichenden Untersuchungen der Dermatika von Innovationsfirmen und Generika-Herstellern dienen. Die Erhebung von Liberationsdaten könnte auch Hilfestellung bei der Entwicklung von Produktionsverfahren geben. Liberationsprofile sind ein wichtiger Parameter in bezug auf die Reproduzierbarkeit des Herstellverfahrens beim “scaling-up“ von Pilot-Chargen bis zur Endfertigung.

1.2. Cyclodextrine in Dermatika

Seit Jahren sind Cyclodextrine Thema zahlreicher Arbeiten im pharmazeutischen Bereich, insbesondere auf dem Gebiet der pharmazeutischen Technologie. Aufgrund der Fähigkeit von Cyclodextrinen, Moleküle einzuschließen, führt die damit verbundene sterische Beeinflussung und elektrische Wechselwirkung zur Änderung physiko-chemischer Eigenschaften, wie Stabilität und Löslichkeit ( siehe 2.1.3). Diese Änderung der Eigenschaften kann in vielen Fällen vorteilhaft ausgenutzt werden im Hinblick auf die Herstellung optimierter Arzneiformen.

Bevorzugt angewendet werden derzeit beta-Cyclodextrine und \|-\|Derivate. Eine zusammenfassende Darstellung pharmazeutisch relevanter beta-Cyclodextrine ist in siehe gegeben.


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Tabelle 1: Pharmazeutisch relevante beta-Cyclodextrine


Charakteristik1:

Mögliche Anwendung:

beta-Cyclodextrin

kristallin; relativ gering wasserlöslich

oral, mukosal2, dermal

Hydrophile Derivate



Methylierte beta-Cyclodextrine:

• Dimeb • TM-beta-Cyclodextrin

löslich in kaltem Wasser und organischen Lösungsmitteln; oberflächenaktiv, hämolytisch

oral, dermal

Hydroxyalkylierte beta-Cyclodextrine:

• 2-HE-beta-Cyclodextrin • 2-HP-beta-Cyclodextrin • 3-HP-beta-Cyclodextrin • 2,3-DHP-beta-Cyclodextrin

amorphe Mischung verschiedener Substitutionsgrade; hervorragend wasserlöslich; niedrige hämolytische Aktivität

oral, mukosal, parenteral

Verzweigte beta-Cyclodextrine:

• G1-beta-Cyclodextrin • G2-beta-Cyclodextrin • (G2)2-beta-Cyclodextrin

homogene Komponenten, wasserlöslich, niedrige hämolytische Aktivität

oral, mukosal, parenteral

Hydrophobe Derivate



Ethylierte beta-Cyclodextrine:

• DE-beta-Cyclodextrin • TE-beta-Cyclodextrin

wasserunlöslich, oberflächenaktiv

oral, subkutan

Ionisierbare Derivate



Anionische beta-Cyclodextrine:

• CME-beta-Cyclodextrin • CE-beta-Cyclodextrin • beta- Cyclodextrin Sulfat • beta-Cyclodextrin Phosphat

pKa = 3 bis 4 pKa = 3 bis 4 pKa < 1

oral, dermal, mukosal

1 siehe auch Tabelle 2: Ausgewählte beta-Cyclodextrine für CA-Einschlüsse

2 mukosal: nasal, sublingual, ophtalmisch, pulmonal, rektal, vaginal, etc Abk.:s.f.S.


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zu Tabelle 1

Dimeb 2,6-Di-methyl-beta-Cyclodextrin

G1 Glucosyl

TM 2,3,6-Tri-methyl

G2 Maltosyl

2-HE 2-Hydroxyethyl

(G2)2 Di-Maltosyl

2-HP 2-Hydroxypropyl

DE 2,6-Di-O-ethyl

3-HP 3-Hydroxypropyl

TE 2,3,6-Tri-O-ethyl

2,3-DHP 2,3-Di-hydroxypropyl

CME O-Carboxymethyl-O-ethyl


CE Carboxyethyl

In den Anfängen der Forschungsarbeit mit Cyclodextrinen sind vornehmlich Komplexe (Kavitate) im Hinblick auf die orale Applikation untersucht worden. Der parenterale Einsatz von Cyclodextrinen war lange Zeit kein Thema in der Cyclodextrinforschung, da die geringe Wasserlöslichkeit und hämolytische Aktivität des bislang einzigen großtechnisch verfügbaren nativen beta-Cyclodextrins (beta-CD) entgegen standen. Mit der Entwicklung hochwasserlöslicher Derivate, die vom Organismus besser toleriert werden, wuchs das Interesse für weitere Applikationswege. Im Zuge dessen ist in den letzten Jahren auch eine Zunahme der Arbeiten zu verzeichnen, die sich mit der Anwendung von Cyclodextrinen in Dermatika befassen.

Cyclodextrine können in Dermatika verschiedene Funktionen erfüllen. Sie dienen zur Verbesserung von Arzneistoffeigenschaften, z. B. zur Erhöhung von Stabilität und Bioverfügbarkeit und zur Verhinderung von Inkompatibilitäten. Die am meisten untersuchten Gruppen von Arzneistoffen in Dermatika, assoziiert mit Cyclodextrinen, sind Retinoide, Corticoide und nicht-steroidale Antiphlogistika [ siehe ].

beta-Cyclodextrine werden in der Literatur hinsichtlich ihres Einflusses auf dermale und transdermale Applikation beschrieben. So konnten Gerloczy et al. [ siehe ] an Markierungsversuchen demonstrieren, daß eine perkutane Resorption von Dimeb in geringem Ausmaß möglich ist. Arima et al. [ siehe ] bestätigten für beta-CD oder seine Derivate Dimeb und HP-beta-CD zumindest eine Penetration in das Stratum corneum und den lebenden Teil der Epidermis trotz ihrer hohen Molmassen und der unterschiedlichen externen Hydrophilie oder Polarität.

Okamoto et al. [ siehe ] konnten 1986 in vitro die Erhöhung der Penetration von Sulfanilsäure in Form eines schwachen Komplexes mit Dimeb aufzeigen. Sie ermittelten, daß der Sulfanilsäure / Dimeb-Komplex geringfügig in die Haut penetriert, was 1994 von Vollmer et al. [ siehe ] in vivo bestätigt wurde. Beide Arbeitsgruppen fanden vor allem eine Erhöhung der Resorptionsrate von Arzneistoffen, wenn die Haut mit den entsprechenden beta-Cyclodextrinen vorbehandelt war, keine Komplexbildung stattfand oder lediglich eine schwache


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Wechselwirkung zwischen Gastmolekül und beta-Cyclodextrin vorhanden war. Der Enhancer-Effekt durch beta-Cyclodextrine wird einer Herabsetzung der Barrierefunktion der Haut zugeschrieben, welche durch Extraktion von Cholesterol und Triglyceriden aus Membrankomponenten der Haut resultiert [ siehe , siehe ].

Eine perkutane Resorptionserhöhung von Prednisolon [ siehe , siehe ] und Beclomethasondipropionat [ siehe ] durch beta-CD und gamma-Cyclodextrin wird beschrieben.

Im Gegensatz dazu wurde die perkutane Resorption von Butylparaben und Indometacin in Gegenwart von beta-CD oder Dimeb vermindert [ siehe ]. Dieses könnte auf eine starke Ausprägung der Komplexe in Hinblick auf hohe Komplexstabilitätskonstanten zurückzuführen sein. In diesem Fall wäre der Einfluß von beta-CD und Dimeb auf die Lipidbarriere der Haut eingeschränkt [ siehe ].

Penetrationsuntersuchungen von Hydrocortison in menschliche Hautschnitte zeigten unter dem Einfluß von beta-CD und HP-beta-CD eine starke Abhängigkeit der Penetrationsrate vom Vehikel. So wurden geringe Hydrocortison-Mengen mit hydrophoben Grundlagen und die höchsten mit einer O/W-Creme sowie einer Hydrogelformulierung gefunden. Die Verarbeitung der Einschlußverbindungen in den hydrophilen Grundlagen verminderte die Hydrocortison-Konzentration in den oberen Hautschichten, aber nicht in der Dermis. Es wird angenommen, daß der bevorzugte Penetrationsweg für leicht lösliche Einschlußverbindungen eher transfollikulär als transdermal ist [ siehe ].

Neben den Einflüssen auf Resorptionsvorgänge sind Untersuchungen über die Manipulation der Liberation von Arzneistoffen durch Cyclodextrine von großer Bedeutung. In-vitro-Freisetzungsstudien demonstrierten eine Erhöhung der Liberation von Betamethason aus verschiedenen hydrophilen Salbengrundlagen durch Einschluß mit beta-Cyclodextrinen [ siehe ]. Hierfür werden die Löslichkeitsvermittlung durch Cyclodextrine und die verminderte Affinität des Glucocorticoids zum Vehikel verantwortlich gemacht.

In-vitro-Freisetzungsversuche mit Prednisolon aus Salbengrundlagen, die Dimeb-Einschlußverbindungen enthielten, zeigten eine Erhöhung der Prednisolon-Freisetzungsrate aus hydrophilen Grundlagen und eine Verringerung aus Fettgrundlagen [ siehe ].

Schnell lösliche Einschlußverbindungen eignen sich, um die Freisetzungsrate von Arzneistoffen aus unterschiedlichen Zäpfchengrundlagen zu verbessern [ siehe ], wobei die Höhe


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der Freisetzungsrate für jede Grundlage verschieden ist. Entsprechend den Freisetzungsprofilen von Flubiprofen aus Fettgrundlagen (Witepsol H15) wird die Reihenfolge der Anfangsfreisetzungsrate aus der Fettgrundlage wie folgt beschrieben: Dimeb > beta-CD > Trimethyl-beta-Cyclodextrin. Aus hydrophilen Grundlagen (Polyethylenglycol) wurde folgende Reihenfolge beobachtet: Dimeb > Trimethyl-beta-Cyclodextrin > beta-CD [ siehe , siehe ]. Generell war die Gesamtmenge an freigesetztem Arzneistoff aus der hydrophilen Grundlage viel größer als die aus Fettgrundlagen.

Im Zuge von Penetrationsstudien sind auch Untersuchungen zu möglichen Irritationseffekten von CD auf der Haut durchgeführt worden. Hierzu wurden wässerige Lösungen von beta-CD und seinen Derivaten und deren Suspensionen in Vaseline an gesunde Probanden appliziert. Mittels Laser-Doppler-Velocimetrie konnten Variationen im Blutfluß in der Haut nach 24 h Okklusion aufgenommen werden. Die Messungen ergaben keine Unterschiede in der Irritationskraft der Cyclodextrin-Zubereitungen gegenüber den Placebos [ siehe ].

Irie und Uekama [ siehe , siehe ] berichteten eine Hemmung der Photosensibilität von Meerschweinchenhaut, durch Chlorpromazin-Cyclodextrinen-Komplexe. Der Effekt korrelierte mit der Größe der gemessenen Komplexstabilitätskonstanten.

1994 berichteten Amdidoche et al. [ siehe ] über In-vivo-Versuche mit Tretinoin-beta-CD-Komplexen in Hydrogelen an gesunden Probanden. Die Untersuchungen zeigten eine signifikante Abnahme der Hautirritation gegenüber freien Verumzubereitungen. Eine CD-bedingte Maskierung von lokalen Irritationseffekten durch Arzneistoffe wurde u.a. auch am Beispiel von Ethyl-4-Biphenylylacetat durch Arima et al. [ siehe ] nachgewiesen.

Die Erhöhung der Löslichkeit der Retinoide in Wasser [ siehe ] in Kombination mit Cyclodextrinen und die damit verbundene Herstellbarkeit von Hydrogelen ohne Zusatz von Alkohol sei an dieser Stelle erwähnt. Weiterhin konnte die Stabilität von Retinoiden in Hydrogelen durch beta-Cyclodextrine verbessert werden, ohne die Wirksamkeit zu beeinträchtigen [ siehe ].

Für einige Cyclodextrin-Derivate ist eine hämolytische Aktivität beschrieben. Diese Eigenschaft ist beim Einsatz von Cyclodextrinen in Dermatika von untergeordneter Bedeutung, kann aber aufgrund möglicher Penetration einiger Cyclodextrin-Derivate in erkrankte Haut unter bestimmten Umständen eine Rolle spielen. Verzweigte Cyclodextrine besitzen eine


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geringere hämolytische Aktivität als unverzweigte Derivate. In Anwesenheit eines Gastmoleküls kann der hämolytische Effekt niedriger sein [ siehe ]. In jüngster Zeit sind zahlreiche Cyclodextrine hinsichtlich ihrer toxikologischen Eigenschaften evaluiert und als sicher eingestuft worden [ siehe ].

Andererseits wurde demonstriert, daß Cyclodextrine in niedrigen Konzentrationen humane Erythrozyten gegen osmotisch- und hitzeinduzierte Hämolyse schützen [ siehe ]. Darüber hinaus kann der hohe hämolytische Effekt einiger Arzneistoffe durch Cyclodextrin-Einschluß vermindert werden. Der schützende Effekt könnte bei dermaler Anwendung von Arzneistoffen, die Hämolyse induzieren oder lokale Irritationen verursachen, von Nutzen sein [ siehe ].

1.3. Vitamin D-Analoga und Psoriasis

In den letzten Jahren hat die Gruppe der Vitamin D-Analoga zunehmend an Interesse bei der topischen Behandlung der Psoriasis gewonnen [ siehe , siehe ]. Neben Calcipotriol (INN) ist inzwischen ein weiteres Derivat des aktiven Vitamin D3, Tacalcitol (INN), als topische Zubereitung auf dem Markt. Die Firma Johnson & Johnson / Cilag ist im Begriff, noch eine weiteres Vitamin-D-Derivat als Dermatikum zu entwickeln.

Die Psoriasis ist charakterisiert durch Hyperproliferation und verminderte terminale Differenzierung epidermaler Zellen sowie Entzündung und Zellinfiltration durch T-Lymphozyten, neutrophile Granulozyten und Monozyten [ siehe ]. Der antipsoriatrische Effekt des aktiven Vitamin D3 (Calcitriol) liegt in der Hemmung der Proliferation und Induktion der normalen terminalen Differenzierung psoriatrischer Keratinozyten, vermittelt durch die Bindung an den Vitamin D-Rezeptor [ siehe ]. Weiterhin wird angenommen, daß die immunomodellierende Eigenschaft des Calcitriols sowie die Proliferation von Lymphozyten einen Beitrag zur antipsoriatrischen Aktivität leisten [ siehe ].

Allerdings besitzt das natürliche Calcitriol neben einer unerwünschten irritativen lokalen Wirkung einen ausgeprägten hypercalcämischen Effekt (Calcinose-Wirkung) [ siehe ], was den therapeutischen Einsatz stark einschränkt. Synthetische Calcitriol-Analoga, wie z.B. Calcipotriol, zeigen eine deutlich geringere hypercalcämische Aktivität [ siehe ]. Trotzdem ist die topische Behandlung der Psoriasis mit Calcipotriol ähnlich restriktiv wie mit Vitamin


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D3. Nur 30 % der Körperoberfläche können mit der therapeutischen Dosis ohne das Risiko einer Calcinose behandelt werden [ siehe ].

Es existieren Untersuchungen von Szejtli et al. [ siehe ], die einen Einschluß von Vitamin D3 (Cholecalciferol) in beta-Cyclodextrine beweisen. 13C-NMR Spektren deuten darauf hin, daß zwei Cyclodextrinringe ein Molekül Cholecalciferol einschließen. 2:1-Kavitate bilden sich oft, wenn das Gastmolekül zu groß bzw. zu lang ist, um eine vollständige Beherbergung in einer Kavität zu finden und das andere Ende des Moleküls auch einer Komplexierung zugänglich ist [ siehe ].

Weitere Untersuchungen zeigten, daß die Komplexierung von Vitamin D3 zu einer Verbesserung der Wasserlöslichkeit, Abnahme der Sauerstoffaufnahme, Abnahme der Lichtempfindlichkeit, Erhöhung der Hitzestabilität und Verbesserung der Dispergierbarkeit des Vitamin D3 führten [ siehe ]

Des weiteren wurde in der Vergangenheit versucht, Vitamin D3 mit Derivaten von beta-Cyclodextrinen zu komplexieren. Erfolgreich waren Einschlüsse mit hoch wasserlöslichen, verzweigten beta-Cyclodextrinen und dem sehr gut löslichen HP-beta-CD [ siehe , siehe , siehe ].

Sollte es möglich sein, das Calcitriol-Analogon erfolgreich in beta-Cyclodextrine einzuschließen, wären eine deutliche Beeinflussung des Liberationsverhaltens und der perkutanen Resorption denkbar. Ein wesentlicher Bestandteil der vorliegenden Arbeit ist es, verschiedene Assoziate von beta-Cyclodextrin-Typen mit dem bei der Fa. Schering AG entwickelten Calcitriol-Analogon zu untersuchen.


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1.4. Problemstellung

Die Auswahl eines Vehikels für eine hochpotente Wirkstoffkomponente ist für die Steuerung der Freisetzung und damit für die Wirksamkeit und Verträglichkeit eines Dermatikums von entscheidener Bedeutung. Im Rahmen dieser Arbeit soll der Einfluß von beta-Cyclodextrinen auf das Liberationsverhalten eines neuen Vitamin D-Analogon (Calcitriol-Analogon) in vitro und in vivo aus verschiedenen Vehikeln untersucht werden. Zielstellung ist daher die Herstellung und Charakterisierung von Assoziaten des neuen Calcitriol-Analogon mit verschiedenen beta-Cyclodextrin-Derivaten sowie deren Liberation aus ausgewählten Formulierungen.

beta-Cyclodextrin (beta-CD), 1.8-Dimethyl-beta-Cyclodextrin (Dimeb), beta-Cyclodextrin-Polymer (beta-CD-Polymer), Maltosyl-beta-cyclodextrin (G2-beta-CD), Hydroxypropyl-beta-Cyclodextrin (HP-beta-CD) und Carboxyethyl-beta-Cyclodextrin (CE-beta-CD) sind als mögliche Einschlußbildner zu überprüfen.

Für die Durchführung der In-vitro-Liberationsuntersuchungen ist eine empfindliche Methode zur Erfassung niedrig dosierter Wirkstoffe zu etablieren, die darüber hinaus ein hohes Diskriminierungsvermögen aufweist. Deshalb wird auf die Etablierung einer In-vitro-Freisetzungsmethode für niedrig dosierte Dermatika allgemein besonderer Wert gelegt, um im besonderen eine Bewertung des Freisetzungsverhaltens des neuen Arzneistoffs (Calcitriol-Analogon) unter Einfluß von beta-Cyclodextrinen vornehmen zu können.

Die Entwicklung und Optimierung der In-vitro-Freisetzungsmethode wird am Beispiel von Glucocorticoid-Zubereitungen (Advantan®, Schering AG) mit synthetischen Membranen vorgenommen. Diese In-vitro-Befunde sind mit haarloser Maushaut zu vergleichen und zu interpretieren. Ziel ist es, diese Ergebnisse und Erfahrungen auf spätere Liberationsstudien mit Cyclodextrin-Assoziaten zu übertragen. Schließlich sollen In-vivo-Untersuchungen an der Maus Daten zur Effektivität ausgewählter Komplexe in dermalen Zubereitungen für die Anwendung in der Psoriasistherapie liefern.


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