Sigrid Knapp-Ulrich: Einfluss von Cyclodextrinen auf die okulare Verfügbarkeit von Antiglaukomatosa und Immunsuppressiva in vitro / in vivo

Sigrid Knapp-Ulrich: Einfluss von Cyclodextrinen auf die okulare Verfügbarkeit von Antiglaukomatosa und Immunsuppressiva in vitro / in vivo
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Einfluss von Cyclodextrinen auf die okulare Verfügbarkeit
von Antiglaukomatosa und Immunsuppressiva in vitro / in vivo

D i s s e r t a t i o n
zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
im Fach Pharmazie

eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin

von Apothekerin
Sigrid Ursula Knapp-Ulrich

geboren am 29.03.1973 in Tübingen

Präsident der Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Dr. Jürgen Mlynek

Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Thomas Buckhout, PhD

Gutachter:
1. Prof. Dr. Sigrid Keipert
2. Prof. Dr. Uwe Pleyer

Tag der mündlichen Prüfung: 13.09.04

Abstract

Die Verwendung von Cyclodextrinen (CDen) als Hilfsstoffe zur topischen Anwendung in der Ophthalmologie hat in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Hierbei steht die Verbesserung der Wasserlöslichkeit schwerlöslicher Arzneistoffe, die Modifizierung der Bioverfügbarkeit sowie die Verminderung okularer Reizungen im Vordergrund.

Diese Arbeit untersuchte die corneale In-vitro-Permeation von Betarezeptorenblockern (partiell mit Pilocarpin kombiniert) im Zusammenhang mit alpha-CD und den hydroxypropylierten (HP) alpha-, beta- bzw. gamma-CD-Derivaten. Der Zusatz von CDen führte teilweise zu einer signifikanten Veränderung der Permeationsparameter, verglichen mit denjenigen der CDfreien Lösungen.

Weiterhin wurden das schwerlösliche Prodrug Mycophenolatmofetil (MMF) und die aktive Wirksubstanz Mycophenolsäure (MPA) mit HP-beta-CD in Lösung gebracht und anschließend die Wirkstoffverteilung im Kaninchenauge in vivo bestimmt. Im Vergleich zu einer MMF-Suspension waren die MPA-Spiegel in Cornea und Kammerwasser nach 60 min für die HP-beta-CD-haltige MMF-Lösung deutlich erhöht.

Ferner wurden für die neuen, extrem schwer wasserlöslichen Selektiven Glucocorticoid-rezeptoragonisten (SEGRA) – ZK 216771 und ZK 247756 – innovative Augentropfen-formulierungen entwickelt. So wurde ZK 216771 mit Ethanol und HP-gamma-CD in Lösung gebracht und für ZK 247756 eine HP-gamma-CDhaltige Mikroemulsion entwickelt. In beiden Fällen war ein spezielles Herstellungsverfahren erforderlich. ZK 247756 konnte auf diese Weise nach Keratoplastik bei Ratten erfolgreich angewendet werden (signifikante Verlängerung der Transplantatüberlebenszeit im Vergleich zu einer unbehandelten Kontrollgruppe bzw. Vehikelgruppe).

Eigene Schlagworte: Okulare Verfügbarkeit, Betablocker, Mycophenolatmofetil, Selektive Glucocorticoidrezeptoragonisten, Cyclodextrine

Abstract

In the past years, cyclodextrins (CDs) became more and more an important excipient for drug formulations. The main use of CDs in ophthalmic drug delivery is to increase the water solubility of lipophilic drugs, to modify drug bioavailability and to reduce ocular irritation.

In the present study, the corneal permeability of different betablockers (in part combined with pilocarpine) in the presence of alpha-CD and hydroxypropylated (HP) alpha-, beta- and
gamma-CD was examined. Addition of CDs often led to significant changes in permeation parameters, compared to CD-free solutions.

The prodrug mycophenolate mofetil and its active drug mycophenolic acid (MPA) were solubilized by HP-beta-CD. The intraocular availability of these solutions was studied in the rabbit eye in vivo in comparison to a MMF-suspension. Applying MMF/HP-beta-CD-solution, the MPA level in cornea and aqueous humour (after 60 min) turned out to be significant higher than those of the MMF-suspension.

In addition, for the extremely low soluble selective glucocorticoidreceptor agonists (SEGRA) – ZK 216771 and ZK 247756 – innovative drug formulations were developed. ZK 216771 was solubilized with ethanol and HP-gamma-CD in buffer. A microemulsion, containing also HP-gamma-CD, served as vehicle for ZK 247756. For both formulations, a special manufacturing process was required. In this way, ZK 247756 could be applied in rabbits after corneal transplantation. Topical application of this formulation was highly effective in prolonging the mean survival time of corneal grafts as compared to untreated controls or animals that received the vehicle only.

Keywords: Ocular availability, Betablocker, Mycophenolate mofetil, Selektive Glucocorticoidreceptoragonists, Cyclodextrins

Inhaltsverzeichnis

I. Einleitung
II. Problemstellung
III. Theoretische Grundlagen
- III.1. Anatomie, Physiologie und Funktionalität des Auges
  - III.1.1. Der Augapfel
  - III.1.2. Die Tränenflüssigkeit
  - III.1.3. Das Kammerwasser
  - III.1.4. Die Cornea
- III.2. Lokale Therapie in der Augenheilkunde
  - III.2.1. Allgemeines
  - III.2.2. Glaukom
  - III.2.3. Immunologische Erkrankungen
- III.3. Arzneistoffe
  - III.3.1. Pilocarpin
    - III.3.1.1. Eigenschaften
    - III.3.1.2. Pharmakologie
  - III.3.2. β-Adrenozeptor-Antagonisten
    - III.3.2.1. Struktur und Eigenschaften
    - III.3.2.2. Pharmakologie
  - III.3.3. Mycophenolatmofetil (MMF) und Mycophenolsäure (MPA)
    - III.3.3.1. Eigenschaften
    - III.3.3.2. Pharmakologie
  - III.3.4. ZK 216771
  - III.3.5. ZK 247756
- III.4. Hilfsstoffe / Trägersysteme
  - III.4.1. Cyclodextrine
    - III.4.1.1. Cyclodextrine allgemein
    - III.4.1.2. Cyclodextrine in Ophthalmika
    - III.4.1.3. Toxikologie der Cyclodextrine
    - III.4.1.4. Mikroemulsionen
    - III.4.1.5. Sonstige Hilfsstoffe
      - III.4.1.5.1. Benzalkoniumchlorid
      - III.4.1.5.2. Rizinusöl
      - III.4.1.5.3. Polysorbat 80 (Tween^® 80)
      - III.4.1.5.4. Cremophor^® RH 40
      - III.4.1.5.5. Macrogol 300/400
IV. Untersuchungen
- IV.1. Löslichkeitsversuche
- IV.2. Bestimmung der Arzneistoff/CD-Komplexierung
- IV.3. In-vitro-Permeationsstudien durch isolierte Schweinecornea
  - IV.3.1. Theoretische Grundlagen
    - IV.3.1.1. In-vitro Modelle
    - IV.3.1.2. Flux
    - IV.3.1.3. Permeabilitätskoeffizient
  - IV.3.2. Versuchsdurchführung
- IV.4. In-vivo-Versuche (Kaninchen)
- IV.5. In-vivo-Versuche (Ratte)
V. Ergebnisse und Diskussion
- V.1. Betarezeptorenblocker
  - V.1.1. In-vitro-Permeation aus Pufferlösungen
  - V.1.2. In-vitro-Permeation aus Cyclodextrin-Formulierungen
    - V.1.2.1. Versuchsdurchführung
    - V.1.2.2. Mepindolol / α-Cyclodextrine
    - V.1.2.3. Mepindolol / HP-β-CD, HP-γ-CD
    - V.1.2.4. Pindolol
    - V.1.2.5. Mepindolol / Pilocarpin-Kombinationen
    - V.1.2.6. Wechselwirkungen mit Cyclodextrinen
      - V.1.2.6.1. Pindolol
      - V.1.2.6.2. Mepindolol
  - V.1.3. Corneale Verträglichkeit
  - V.1.4. Kapitelzusammenfassung
- V.2. Mycophenolatmofetil (MMF) und Mycophenolsäure (MPA)
  - V.2.1. Intraokulare MMF / MPA-Verteilung
  - V.2.2. Vergleichende MMF- und MPA-Applikation
  - V.2.3. Mitreaktion des unbehandelten Auges
  - V.2.4. Resümee
  - V.2.5. Kapitelzusammenfassung
- V.3. Selektive Glucocorticoidrezeptoragonisten
  - V.3.1. ZK 216771
    - V.3.1.1. Rezepturentwicklung
    - V.3.1.2. In-vitro-Permeation
  - V.3.2. ZK 247756
    - V.3.2.1. Rezepturentwicklung
    - V.3.2.2. In-vitro-Permeation
    - V.3.2.3. In-vitro-Penetration
    - V.3.2.4. In-vivo-Studie nach Keratoplastik
  - V.3.3. Kapitelzusammenfassung
VI. Material und Methoden
- VI.1. Verwendete Substanzen
- VI.2. Methoden
  - VI.2.1. Physikalisch-chemische Methoden
    - VI.2.1.1. Viskosität
    - VI.2.1.2. Dichte
    - VI.2.1.3. Oberflächenspannung
    - VI.2.1.4. Osmolalität
    - VI.2.1.5. pH-Wert
    - VI.2.1.6. Leitfähigkeit
    - VI.2.1.7. Verteilungskoeffizient
    - VI.2.1.8. Partikeldurchmesser
  - VI.2.2. Gehaltsbestimmungen
    - VI.2.2.1. Pilocarpin-HCl
    - VI.2.2.2. Betablocker
    - VI.2.2.3. Mycophenolatmofetil / Mycophenolsäure
    - VI.2.2.4. ZK 216771 / ZK 247756
    - VI.2.2.5. Cyclodextrine
  - VI.2.3. Arzneistoff / Cyclodextrin-Komplexe
    - VI.2.3.1. Komplexherstellung
    - VI.2.3.2. Komplexcharakterisierung
      - VI.2.3.2.1. Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (FT-IR)
      - VI.2.3.2.2. Röntgendiffraktometrie (X-RD)
      - VI.2.3.2.3. Löslichkeitsstudien
  - VI.2.4. Wirkstoffpermeation durch isolierte Schweinecornea
    - VI.2.4.1. Präparation der Cornea
    - VI.2.4.2. Permeationsapparatur
    - VI.2.4.3. Versuchsdesign
    - VI.2.4.4. Herstellung der Lösungen
      - VI.2.4.4.1. Arzneistofflösungen
      - VI.2.4.4.2. Cyclodextrinlösungen
  - VI.2.5. Wirkstoffpenetration in isolierte Schweinecornea
  - VI.2.6. Verteilung von Mycophenolatmofetil am Kaninchenauge
    - VI.2.6.1. Testlösungen
    - VI.2.6.2. Tierversuche (Kaninchen)
    - VI.2.6.3. Gewebeaufarbeitung
      - VI.2.6.3.1. Kammerwasser
      - VI.2.6.3.2. Cornea / Sclera
      - VI.2.6.3.3. Conjunctiva / Iris-Ziliarkörper
      - VI.2.6.3.4. Glaskörper / Plasma
  - VI.2.7. Herstellung okularer Formulierungen von ZK 216771 / 247756
    - VI.2.7.1. ZK 216771
    - VI.2.7.2. ZK 247756
    - VI.2.7.3. Keratoplastik
      - VI.2.7.3.1. Tiere
      - VI.2.7.3.2. Tiermodell
      - VI.2.7.3.3. Chirurgie
      - VI.2.7.3.4. Topische Behandlung der Ratten
      - VI.2.7.3.5. Beurteilung der Transplantate
      - VI.2.7.3.6. Bestimmung der immunologischen Parameter
  - VI.2.8. Raster-Elektronenmikroskopie (REM)
  - VI.2.9. Statistik
    - VI.2.9.1. Betarezeptorenblocker / Mycophenolatmofetil
    - VI.2.9.2. SEGRA (Keratoplastik)
VII. Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
Publikationen
Erklärung

Tabellen

Bilder

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