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

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Kapitel 3. Zusammenfassung

Vitamin D-Analoga haben in den letzten Jahren zunehmend an Interesse bei der topischen Behandlung der Psoriasis gewonnen. Allerdings ist die Behandlung aufgrund der hohen Potenz dieser Wirkstoffgruppe und ihrer damit verbundenen Nebenwirkungen restriktiv.

Ziel der vorliegenden Arbeit war es, die Möglichkeit der Ausbildung von Einschlußverbindungen eines neuen Vitamin D-Analogons (Calcitriol-Analogon, Schering AG) in beta-Cyclodextrin-Moleküle zu prüfen und die anfallenden Addukte hinsichtlich ihrer Zusammensetzung und Eigenschaften zu charakterisieren. Hierbei sollte besonders die Frage geklärt werden, ob mittels molekularer Mikroverkapselung retardierte Freigabe des Calcitriol-Analogons zu erreichen ist, um möglicherweise ein günstigeres Verhältnis zwischen Haupt- und Nebenwirkungen zu erzielen.

Die Arbeit gliedert sich in folgende Hauptabschnitte:

  1. Etablierung einer In-vitro-Liberationsmethode für niedrig dosierte Dermatika allgemein
  2. Herstellung und Charakterisierung von Vitamin D3-Analogon / beta-Cyclodextrin-Kavitaten
  3. Liberationsstudien des Vitamin D3-Analogons unter Einfluß von beta-Cyclodextrinen aus verschiedenen halbfesten Einphasensystemen in vitro und in vivo

Eine Literaturrecherche über beschriebene Liberationsmodelle für cutane Systeme führte zu der Entscheidung, das statische Franz-Diffusionszellsystem für die geplanten In-vitro-Liberationsstudien auszuwählen. Zur Ermittlung der optimalen Parameter für die erforderlichen In-vitro-Freisetzungsuntersuchungen wurde die Advantan-Fettsalbe (Schering AG), die als Arzneistoff das Corticosteroid Methylprednisolonaceponat (MPA) enthält, als Modell genutzt. Vier synthetische Membranen auf Basis von Celluloseacetat, Polyester, Polycarbonat sowie regenerierter Cellulose, imprägniert mit verschiedenen Agenzien, wurden unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Akzeptormedien getestet. Eine Cuprophan-Membran, imprägniert mit dem Akzeptormedium Methanol / Phosphatpuffer [1:1 (V/V); pH 5,0], erwies sich aufgrund des geringsten Einflusses auf die Freisetzungskinetik als besonders geeignet und wurde für weitere Untersuchungen herangezogen.


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Mit der für geringe Wirkstofffreisetzungsraten optimierten Methode wurde weiterhin die Freisetzung von MPA aus Advantan®-Salbe und -Creme vergleichend bestimmt und den Ergebnissen der MPA-Permeation durch haarlose intakte und gestrippte Maushaut gegenübergestellt. Aufgrund der guten Reproduzierbarkeit der In-vitro-Daten ließ die Methode auch geringe Unterschiede im Freisetzungsverhalten von MPA sichtbar werden. Die erzielten Freisetzungsraten für Advantan®-Fettsalbe, -Salbe und -Creme bzw. -Lösung entsprechen in ihrer Rangordnung dem in In-vitro-Screening an haarloser intakter Maushaut ermittelten Ergebnissen (Creme > Salbe > Fettsalbe).

Die Studien mit den synthetischen Membranen zeigten jedoch Vorteile gegenüber den In-vitro-Untersuchungen mit haarloser Maushaut, da letztere ein zu hohes Streuungsmaß ergaben. Die erprobte In-vitro-Liberationsmethode ist geeignet zur Beurteilung der Liberationsbeeinflussung durch die Vehikelzusammensetzung und leistet damit Unterstützung bei der Vehikelauswahl im Rahmen der Formulierungsentwicklung und bei der Verfahrensentwicklung. Liberationsprofile sind ein wichtiger Parameter in bezug auf die Reproduzierbarkeit des Herstellverfahrens beim “scaling-up“ von Pilot-Chargen bis zur Endfertigung. Die vorgestellte Methode wird als Werkzeug zur Aufnahme von ”control-charts“ bei der Verfahrensentwicklung in Zukunft eine wichtige Rolle spielen.

Eine besondere Eigenschaft der Cyclodextrine ist ihre Fähigkeit, Einschlußverbindungen mit Gastmolekülen in festem Zustand und in Lösung zu bilden. Die Berechnung molekularer Interaktionsfelder mit dem Software-Programm GRID ergaben Hinweise auf Bereiche hoher Affinität zwischen dem Calcitriol-Analogon und dem nativen beta-CD. Vorstellbar sind einerseits Einschlüsse der Partialstruktur des A-Ringes des CA-Moleküles in den Hohlraum eines beta-CD-Moleküls. Andererseits ist ein Einschluß der Esterseitenkette des Secosteroids ebenso plausibel. Diesen Betrachtungen zufolge ist die Bildung eines 2:1-Komplexes anzunehmen. Diese Untersuchungen dienten beispielhaft als theoretische Voruntersuchung zur Bestimmung der räumlichen Kompatibiltät eines beta-Cyclodextrin-Kavitats.

Für die Herstellung der Calcitriol-Analogon-Assoziate mit den ausgewählten beta-Cyclodextrinen 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), Carboxyethyl-beta-cyclodextrin (CE-beta-CD) wurden verschiedene Methoden herangezogen. Die Herstellung der festen Kavitate erfolgte in Abhängigkeit vom Cyclodextrin-Typ mittels Knetmethode oder Kopräzipitation. Die Lyophilisation wurde


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erprobt, führte aber nicht zur Bildung von festen Kavitaten wie aus nachfolgenden Liberationsstudien geschlußfolgert wurde.

Die Assoziatbildung mit beta-Cyclodextrin, Dimeb, beta-Cyclodextrin-Polymer und G2-beta-CD in Lösung führte zu einer Verbesserung der Löslichkeit des Calcitriol-Analogons. Zur Ermittlung von Löslichkeitsisothermen wurden von vier der sechs Systeme Phasenlöslichkeitsdiagramme aufgenommen. Komplexstabilitätskonstanten wurden berechnet und wiesen das System CA / Dimeb als stabilsten Komplex aus.

Zur Charakterisierung der festen Assoziate mit sechs beta-CD-Typen, hergestellt durch Kopräzipitation bzw. Knetmethode, dienten DSC-Untersuchungen. Lyophilisate des Systems Calcitriol-Analogon / Dimeb konnten aufgrund ihres amorphen Charakters nicht thermoanalytisch charakterisiert werden.

In-vitro-Freisetzungsstudien des Calcitriol-Analogons unter Einfluß von beta-Cyclodextrinen erfolgten nach Inkorporierung in die für die Psoriasisbehandlung ausgewählten Fettsalben und Hydrogele. Infolge der sehr geringen Calcitriol-Analogon-Dosierung von 0,005-0,01 % wurde ein größer dimensioniertes Franz-Diffusionszellsystem als für die MPA-Freisetzung genutzt, so daß aufgrund des günstigeren Verhältnisses Membranfläche / Akzeptorvolumen höhere Konzentrationen des Arzneistoffs im Akzeptor zu vermessen waren. Damit konnte in Verbindung mit einer verbesserten Probenapplikationstechnik die Empfindlichkeit der Methode gesteigert werden.

Begleitend zu den Liberationsstudien sind Stabilitätsuntersuchungen durchgeführt worden, um den deklarierten Gehalt der zu prüfenden Formulierungen zu gewährleisten. Dafür wurde eine Extraktionsmethode zur Isolierung von CA für die quantitative Analyse etabliert. Weiterhin wurde die Möglichkeit einer Stabilisierung des Arzneistoffs mittels Dimeb in einer Triglycerid-Kohlenwasserstoff-Grundlage geprüft. Der Einschluß des CA-Moleküls in Dimeb bewirkte eine leichte Stabilitätserhöhung des CA 6 Monate bei 25 und 40°C.

Nach physikalisch-chemischer Charakterisierung der Kavitate wurden die Systeme CA / beta-CD, CA / Dimeb und CA / G2-beta-CD ausgewählt und in In-vivo-Studien am Tier geprüft. Für diese Systeme errechneten sich die höchsten Komplexstabilitätskonstanten.


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Im Rahmen der Fragestellung einer Retardierung und einer besseren Verträglichkeit in Hinblick auf Hautirritation und systemische Nebenwirkungen des Calcitriol-Analogons bei der topischen Applikation wurden auch Systeme mit Liposomen hergestellt und in vivo geprüft.

Ausgewählte Formulierungen wurden im Nacktmausmodell im Hinblick auf ihre Irritationsstärke, Effektivität und transdermale Resorption des Calcitriol-Analogons getestet. Der Einschluß des CA in die beta-Cyclodextrine führte zu einem deutlich verminderten Effekt in bezug auf dessen Epidermishyperplasie. Dieses zeigte sich sowohl nach Applikation der Salbenformulierung als auch des Hydrogels. Allerdings waren erhöhte Plasmacalciumspiegel in allen Fällen vorhanden. In diesem Modell konnte damit keine Reduktion der systemischen Verfügbarkeit des CA erreicht werden.

Die vorliegende Arbeit stellt einen Beitrag zum Erkenntnisstand der Bildung verschiedener CA / beta-CD-Einschlüsse und ihrer Verarbeitbarkeit in topischen Einphasensystemen dar. Mit Hilfe einer optimierten In-vitro-Liberationmethode konnten Aussagen zur Beeinflussung der Freisetzungscharakteristik von CA durch beta-CD-Einschlüsse getroffen werden. Im Ergebnis bewirkten die Calcitriol-Analogon / beta-Cyclodextrin-Assoziate verminderte Freisetzung des Calcitriol-Analogons aus Fettsalben. Anhand von In-vivo-Studien am Tiermodell konnten die in vitro erzielten Ergebnisse bestätigt werden. Im Rahmen weiterführender Untersuchungen bleibt zu klären, inwieweit die beobachteten Befunde an der Maus auf den Menschen übertragbar sind.


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