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6.  Zusammenfassung

Die nasale Verfügbarkeit eines Arzneistoffes ist das Resultat eines komplexen Wechselspiels zwischen seinen physikalisch-chemischen Eigenschaften, den vielfältigen Faktoren der applizierten Arzneiformulierung und den physiologischen Gegebenheiten. Verallgemeinerun­gen der Zusammenhänge sind schwierig und isolierte Effekte kaum zu erfassen. Abgesehen von den zahlreichen Einflussgrößen, muss jeder Arzneistoff separat betrachtet werden. Ziel­stellung der vorliegenden Arbeit waren vergleichende In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen zur nasalen Verfügbarkeit von drei rhinologischen Wirkstoffen unter Einfluss wichtiger Formulierungsparameter.

Während im Resümee dieser Arbeit für die strukturanalogen Sympathomimetika Xylometazo­linhydrochlorid (XYLO) und Oxymetazolinhydrochlorid (OXY) Zusammenhänge zwischen ihren physikochemischen Eigenschaften, ihrer In-vitro-Verfügbarkeit und den getesteten Formulierungsparametern aufgezeigt werden konnten, ist dies für das Antiallergikum Natriumcromoglicat (DSCG) nicht möglich und ein Querbezug nicht gegeben. DSCG weist eine ausgeprägte substanzspezifische Komponente auf, die sensibel auf eine Variation der Formulierungsparameter reagiert und in deren Abhängigkeit mit dem Absorptionsort Mukosa wechselwirkt.

Im Einzelnen führten die durchgeführten Untersuchungen zu folgenden Ergebnissen:

Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid

Die Untersuchungen mit den beiden Imidazolderivaten umfassten die physikalisch-chemische Charakterisierung von rezeptierten Arzneistofflösungen und einer Auswahl von Fertigarz­neimitteln, In-vitro-Permeationsstudien an exzidierter Rindernasenschleimhaut und an synthetischer Membran (Nephrophan®  = regenerierte Cellulose) aus Rezepturen variierender Zusammensetzung und Handelspräparaten sowie deren rheologische Untersuchung im Hinblick auf Wechselwirkungen mit Mucin. Eine geeignete analytische Methode zur Quantifizierung der Arzneistoffe in einer komplexen Matrix wurde erstellt und validiert.

Die durchgeführten Permeationsstudien mit diesen beiden Wirkstoffen unterstreichen den Unterschied zwischen dem Einfluss der Komponenten der Arzneiform auf die Freigabe des Arzneistoffes einerseits und ihren direkten Einfluss auf die Integrität der biologischen Membran andererseits. Während an einer synthetischen Barriere (regenerierte Cellulose) weder für die beiden Arzneistoffe selbst noch für die getesteten Formulierungsparameter (Tonizität, Isotonisierungsmittel, Zusätze Benzalkoniumchlorid und EDTA) signifikante Unterschiede bzw. Einflussnahme festzustellen waren, unterschieden sich OXY und XYLO hinsichtlich ihres Permeationsverhaltens an der Rindermukosa trotz nahezu identischer Molekülmasse deutlich. Ursache für die erhöhte Permeabilität der biologischen Membran für XYLO dürfte dessen größere Lipophilie sein. Die Verschiedenartigkeit der Einflussnahme der [Seite 141↓]Formulierungsparameter auf das mukosale Permeationsverhalten der beiden Testarzneistoffe legt nahe, dass für XYLO neben dem dominanten parazellulären der transzelluläre Transportprozess von Bedeutung ist. Der Zusatz des parazellulären Enhancers EDTA erhöhte z. B. die Permeabilität der Membran für das hydrophilere und damit vermutlich in erster Linie parazellulär permeierende OXY um ein Vielfaches mehr.

Die Ergebnisse verdeutlichen, dass eine erwünschte Isotonisierung nicht unkritisch erfolgen darf. So führte z. B. der isotonisierende Zusatz Sorbitol zu einer erhöhten Permeabilität der Mukosa für XYLO. Interessanterweise beschrieben Romeijn et al. [160] durch den Zusatz des Zuckeralkohols Sorbitol eine Verstärkung des toxischen Effektes dieses Sympatho­mimetikums auf die Zilien des nasalen Epithels.

Während der nachgewiesenen Potenzierung der zilientoxischen Eigenschaften von OXY bzw. XYLO in Kombination mit dem Konservierungsmittel Benzalkoniumchlorid in den im Handel befindlichen Präparaten durch konservierungsmittelfreie Applikationssysteme bereits Rechnung getragen wird, erfahren andere Formulierungsparameter bisher noch nicht genügend Beachtung. Das Substituieren eines wirkstoffgleichen Präparates durch eines mit veränderter Hilfsstoffzusammensetzung (Generikum) kann sowohl die Permeabilität der nasalen Mukosa verändern als auch die schädigende Wirkung der Substanzen auf die Zilien erhöhen.

XYLO und OXY zeigten keinen Effekt auf die rheologischen Parameter einer Mucinmodell­dispersion. Die beispielhaft überprüfte Freigabe von Oxymetazolinhydrochlorid aus dem Mukus wird nicht über den makroviskositätsbedingten Rahmen hinaus beeinträchtigt, d. h., es finden keine nachweisbaren Mucinwechselwirkungen statt.

Natriumcromoglicat

Die Untersuchungen mit Natriumcromoglicat schlossen wiederum die physikalisch-chemische Charakterisierung von Arzneistofflösungen und Fertigarzneimitteln, die In-vitro-Permea­tionsstudien an der biologischen und synthetischen Membran sowie darüber hinaus die Untersuchung des Penetrationsverhaltens von DSCG in Rindernasenschleimhaut ein. Der Einfluss verschiedener Formulierungsparameter wurde untersucht. Der Variation der Arzneistoffkonzentration kam dabei besondere Bedeutung zu. Rheologische Untersuchungen erfolgten sowohl zur Mucinwechselwirkung von DSCG als auch mit dem Polymer Natriumhyaluronat. In einer In-vivo-Studie an Kaninchen wurden verschiedene Rezepturen sowie Fertigarzneimittel überprüft. Eine geeignete analytische Methode zur Quantifizierung des Arzneistoffes in einer komplexen Matrix und im Rahmen der Plasmaanalytik wurde erstellt und validiert.

Die physikochemischen Eigenschaften (vor allem dynamische Viskosität, Osmolalität und spezifische Leitfähigkeit) von DSCG-Lösungen zeigten sich in differenzierter Weise von der Konzentration sowie der Art und Menge der zugesetzten Hilfsstoffe (insbesondere der [Seite 142↓]Elektrolyte) abhängig. Die Abweichung vom üblichen Verhalten eines starken Elektrolyten erklärt sich einerseits aus der auftretenden Assoziation einzelner Moleküle unterhalb von 10 mg/ml DSCG. Für DSCG-Lösungen oberhalb einer Konzentration von 10 mg/ml kann andererseits anhand des markanten Anstiegs der dynamischen Viskosität, der verlangsamten Diffusion und der auftretenden Opaleszenz die Bildung von Assoziaten im kolloidalen Größenbereich angenommen werden. Zusätze ionischer Verbindungen (Dinatriummonohy­drogenphosphat, Natriumdihydrogenphosphat, Natriumchlorid, Kaliumchlorid) können sowohl die intermolekularen Wechselwirkungen der assoziierten DSCG-Moleküle („Aussalz­effekte“) als auch ihre Wechselwirkungen mit dem Lösungsmittel Wasser (Hydrotropierung) verstärken.

Die Zusammensetzung der DSCG-Formulierung hinsichtlich Art und Menge der enthaltenen Hilfsstoffe sowie die Konzentration des Arzneistoffes selbst beeinflussten das Permeations­verhalten sowohl an der biologischen als auch an der synthetischen Membran beträchtlich. Während an der synthetischen Membran durch Konzentrationserhöhung von DSCG dessen thermodynamische Aktivität und damit die permeierte Menge pro Zeiteinheit gesenkt wird, liegt an der biologischen Membran ein abweichendes Verhalten vor. In Abhängigkeit von der Konzentration erhöhte DSCG (2 und 10 mg/ml) die parazelluläre Permeabilität der Rindernasenschleimhaut, vermutlich durch eine Wechselwirkung mit Bestandteilen des junctionalen Komplexes. Diese konzentrationsabhängigen, selbstenhancenden Fähigkeiten von DSCG ließen sich bei der Permeation des parazellulären Markers Fluorescein-Natrium durch eine mit 2 und 10 mg/ml DSCG vorinkubierte Rindermukosa eindeutig nachweisen. Aufgrund des bekannten pharmakologischen Wirkungsmechanismus von DSCG ist eine Wechselwirkung mit junctionalen Proteinen anzunehmen, die zu einer Erleichterung der parazellulären Transportmechanismen an der biologischen Membran führen kann. Gleichzeitig scheint aber eine mögliche Wechselwirkung von DSCG mit membranständigen Mukuskomponenten in einem bestimmten Konzentrationsbereich (4 bis 6 mg/ml) die permeierte Menge DSCG je Zeiteinheit zu senken, d. h. die selbstenhancenden Fähigkeiten konzentrationsabhängig einzuschränken. Wie jedoch die Ergebnisse der Penetrationsstudien zeigen konnten, determinieren offenbar die „adhäsiven“ Eigenschaften von DSCG, sodass die Gewebespiegel von DSCG (Ausgangskonzentration = 4 bis 6 mg/ml) steigen.

Nach nasaler Applikation eines Sprühstoßes mit einer Dosis von 20 mg/ml DSCG würde durch die physiologisch auftretende Verdünnung der applizierten Arzneistofflösung mit nasalem Sekret eine Konzentration von ca. 5 mg/ml DSCG resultieren. Die Ergebnisse der In­vitro-Permeations- und Penetrationsstudien lassen für DSCG dieser Konzentration (5 mg/ml) ein optimales Verhältnis aus Adhäsivität und Penetrationsfähigkeit vermuten, das geeignet scheint, die Gewebespiegel in der nasalen Schleimhaut zu erhöhen.

Bei der rheologischen Untersuchung mittels einer Mucinmodelldispersion konnten für DSCG mit einer Konzentration größer als 5 mg/ml „adhäsive“ Fähigkeiten bestätigt werden. Die [Seite 143↓]„Adhäsivität“ von DSCG äußert sich in einer deutlichen Zunahme von Elastizität und Viskosität der Mucinmodelldispersion, die durch eine Zunahme der intra- und/oder intermolekularen Wechselwirkungen der Mucinglykoproteine durch zusätzliche sekundäre Bindungskräfte bedingt ist. DSCG scheint an diesen Wechselwirkungen als „quervernet­zendes“ Agens beteiligt zu sein, da die In-vitro-Liberation der Substanz aus dem Gemisch mit Mucin über den makroviskositätsbedingten Rahmen hinaus beeinträchtigt ist. Die „adhäsiven“ Fähigkeiten von DSCG nehmen mit steigender DSCG-Konzentration zu und erreichen bei 10 mg/ml DSCG einen maximalen Effekt, der sich durch weitere Konzentrationserhöhung nicht mehr steigern lässt.

Eine In-vitro-Mucinwechselwirkung von DSCG ist bisher noch nicht untersucht und in dieser Form beschrieben worden. Durch Kombination mit dem ebenfalls mukoadhäsiven Polymer Natriumhyaluronat (HA) lässt sich die „Adhäsivität“ überadditiv erhöhen. Erklärbar erscheint dieses Phänomen durch verbesserte Interpenetration von HA in das Mucinnetzwerk, bedingt durch von DSCG verursachte konformelle Veränderungen der HA-Polymerketten. DSCG begünstigt offenbar die Solvatation der Polymerketten, d. h. deren intra- und/oder intermo­lekularen Wechselwirkungen.

Der durchgeführte In-vivo-Versuch bestätigte die Mukoadhäsivität der HA-haltigen DSCG­Zubereitung. Die Wirkungsdauer von DSCG wurde verlängert. Gleichzeitig resultierte durch die Fixierung von DSCG am nasalen Mukus im Sinne eines Depots eine kontrollierte Freigabe. Versuche mit verschiedenen Konzentrationen an DSCG zeigten, dass die Substanz konzentrationsabhängig im Netzwerk des nasalen Mukus festgehalten wird. Wie auch die Liberationsversuche ergeben haben, existiert für die Verfügbarkeit ein Konzentrations­optimum, da mit zunehmender Fixierung im Mucinnetzwerk bei steigender DSCG­Konzentration die Freigabe aus dem Mukusgemisch beeinträchtigt wird.

Die Formulierungsparameter nehmen ebenfalls auf die In-vivo-Verfügbarkeit von DSCG deutlich Einfluss, wie der Vergleich der pharmakokinetischen Daten nach Applikation von Fertigpräparaten mit denen einer Vergleichslösung gezeigt hat. Eine direkte Korrelation zwischen der In-vitro-Verfügbarkeit an Rindernasenschleimhaut und der Verfügbarkeit in vivo war jedoch für die untersuchten Fertigarzneimittel nicht zu konstatieren. Als ursächlich sind die im In-vitro-Modell fehlende bzw. nur abgeschwächt auftretende Mukuswechsel­wirkung und die geringe Anzahl der durchgeführten In-vivo-Versuche anzusehen. Daher scheinen die durchgeführten Nephrophan®-Permeationsversuche geeignet, den Einfluss der Formulierungsparameter auf die Substanz zu abstrahieren, wohingegen die In-vitro­Permeationsveruche an Rindermukosa die Wechselwirkungen der Substanz mit der Membran widerspiegeln. Jedoch erst der abschließende In-vivo-Versuch lässt eine Wichtung der Einzeleffekte hinsichtlich optimaler nasaler Verfügbarkeit von DSCG zu.


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Für den Arzneistoff Natriumcromoglicat mit seinen besonderen physikalisch-chemischen Eigenschaften ergibt sich aus der Vielzahl der Einfluss nehmenden Parameter formulierungs­seitig folgende Empfehlung: Einem isotonischen Phosphatpuffersystem ist der Vorzug zu geben, da auf diese Weise die Wechselwirkung der Substanz mit den Komponenten der nasalen Membran und des nasalen Mukus begünstigt wird und damit ein längeres Verweilen und ggf. eine kontrollierte Freigabe resultieren. Die Applikation einer Dosis von 20 mg/ml erwies sich dabei als günstig, da das „adhäsive“ Potential von DSCG durch Interaktion mit Membran und Mukus die Gewebespiegel im nasalen Gewebe erhöht und länger aufrecht erhält. Eine Kombination mit 1 % Natriumhyaluronat führte darüber hinaus zu einer vorteilhaft zusätzlich viskositätserhöhten, jedoch noch sprühfähigen und ausgeprägt mukoadhäsiven Zubereitung, die die Wirkungsdauer des Arzneistoffes deutlich verlängert und geeignet erscheint, die Dosierungshäufigkeit zu reduzieren. Auch eine bessere Akzeptanz der natriumhyaluronathaltigen Zubereitung durch den Patienten ist denkbar, die sich auf die Patientencompliance bei der notwendigen prophylaktischen Applikation des Arzneistoffes positiv auswirken könnte. Weitere Untersuchungen, vor allem im klinischen Bereich, müssen die vorliegenden Befunde manifestieren.


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17.02.2004