Sigrun Krase: Einfluss Formulierungsparametern auf die nasale Verfügbarkeit von Natriumcromoglicat, Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid |
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Dissertation
Einfluss Formulierungsparametern auf die nasale Verfügbarkeit von Natriumcromoglicat, Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid
Dissertation
zur Erlangung des akademischen Grades
doctor rerum naturalium
(Dr. rer. nat.)
im Fach Pharmazie
eingereicht an der
Mathematisch-Naturwissenschaftliche-Fakultät I
der Humboldt-Universität zu Berlin
von
Sigrun
Krase
geboren am 15.05.1974 in Neustrelitz
Dekan der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät I
Prof. Dr. Michael Linscheid
Gutachter:
1. Prof. Dr. S. Keipert
2. Prof. Dr. H.-H. Borchert
3. Prof. Dr. H. Behrbohm
eingereicht:26.02.2003
Datum der Promotion:18.06.2003
Abstract-Deutsch
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Einfluss von Formulierungsparametern auf die nasale In-vitro-Verfügbarkeit der Arzneistoffe Oxymetazolinhydrochlorid (OXY), Xylometazolinhydrochlorid (XYLO) und Natriumcromoglicat (DSCG) und untersucht das Permeationsverhalten von ausgewählten Fertigpräparaten und Eigenrezepturen an exzidierter Rindernasenmukosa sowie deren Wechselwirkungen mit einer Mucinmodelldispersion. Der Vergleich der strukturanalogen Sympathomimetika XYLO und OXY gegeneinander und mit dem Antiallergikum DSCG sollte hinsichtlich der Einfluss nehmenden Parameter den Bezug zur molekularen Struktur und den physikalisch-chemischen Eigenschaften der Arzneistoffe ermöglichen. Eine mit DSCG durchgeführte In-vivo-Studie (Kaninchen) sollte klären, inwieweit die In-vitro-Daten und -Einflussparameter mit dem In-vivo-Verhalten korrelieren.
Während im Resümee dieser Arbeit für XYLO und OXY Zusammenhänge zwischen ihren physikochemischen Eigenschaften, ihrer In-vitro-Permeabilität und den getesteten Formulierungsparametern aufgezeigt werden konnten, war dies für DSCG nicht möglich und ein Querbezug nicht gegeben. DSCG zeigt aufgrund seiner nachgewiesenen konzentrationsabhängigen Selbstassoziationstendenz substanzspezifisches Verhalten und reagiert sensibel auf eine Variation der Formulierungsparameter. Sowohl an der isolierten Mukosa als auch mit der Mucinmodelldispersion resultierten ausgeprägte Wechselwirkungen. Eine Kombination von DSCG mit dem Polymer Natriumhyaluronat erwies sich dabei als vorteilhaft, da sich die Mukoadhäsivität in vivo bestätigte. Eine entsprechende Formulierung scheint geeignet die Dosierungshäufigkeit von Natriumcromoglicat zu reduzieren und damit die Patientencompliance zu verbessern.
Da die nasale Verfügbarkeit eines Pharmakons das Resultat eines komplexen Wechselspiels zwischen dem Wirkstoff, den vielfältigen Faktoren der applizierten Arzneiformulierung und den physiologischen Gegebenheiten ist, sind Verallgemeinerungen der Zusammenhänge schwierig und isolierte Effekte kaum zu erfassen. Die vorliegenden Resultate verdeutlichen jedoch, wie eminent wichtig die separate Betrachtung jedes Wirkstoffpräparates ist.
Eigene Schlagworte:
nasal,
Permeation,
Mukoadhäsion,
Hilfsstoffe
Abstract-Englisch
This thesis presents the formulation parameter’s influence on the nasal in vitro availability of the model drugs xylometazoline hydrochlorid (XYLO), oxymetazoline hydrochlorid (OXY) and disodium cromoglycate (DSCG). The nasal availability has been studied using excised nasal bovine mucosa to capture the drug’s in vitro permeation behaviour and a mucin model dispersion to determine the drug’s interactions with the nasal mucus glycoproteins. The aim of this thesis was to determine the influence of different additionals on the nasal availability using commercial and test preparations of the model drugs. Comparing the results of the sympathomimetic XYLO, its hydroxy derivative OXY and the mast cell stabilizer DSCG with regard to the exerting formulation parameters should facilitate a relation between the drugs’ molecular structure and physical-chemical properties. In the case of DSCG a concluding in vivo study on rabbits should clarify if influences established in vitro result in a altered availability in vivo too.
Whereas for XYLO and its hydroxy derivative OXY connections between their physicalchemical properties, the in vitro permeation behaviour and the investigated formulation parameters excist but not for DSCG is a link between the three drugs not possible. DSCG possesses a strong substance specific component due to its concentartion dependent selfassoziation which reacts sensitively to altered formulation parameters. DSCG interacts with the isolated absorptive mucosa as well as with mucin modell dispersion in a marked extent. The combination of DSCG with the polymer sodium hyaluronate possesses in vivo an in vitro clear mucoadhesive properties which seem to be suitable to reduce DSCG’s application frequency and improve thereby the patients’ compliance.
A drug’s nasal availability results on a complex interplay of its physical-chemical properties, diverse formulation parameters and physiological conditions. Generalizations between the determined connections are difficult and isolated effects are hardly ascertainable. Additionally to the numerous formulation parameters with an impact on a drug’s nasal availability it is nessecary to look at every drug formulation separatly.
Keywords:
nasal,
permeation,
mucoadhesion,
additives
We are just a moment in time...
(Anathema, 1996)
Frei nach Neil Armstrong war die vorliegende Arbeit ein großer Schritt für mich und dabei lediglich ein kleiner Beitrag im Lauf der Zeit.
Sie sei denjenigen gewidmet, die mich dabei begleitet, vor dem Fallen bewahrt und mir die Hand gereicht haben. Das waren in erster Linie meine Eltern, meine Familie, Holger, Tom und Heiko Stettin.
Inhaltsverzeichnis
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1.
Einleitung
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2.
Problemstellung
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3.
Theoretische Grundlagen
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3.1. Anatomie und Physiologie der Nase
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3.2. Allergische Erkrankungen der Nasenschleimhaut
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3.3. Nasale Verfügbarkeit von Arzneistoffen
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3.3.1. Allgemeines
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3.3.2. In-vitro-Permeation und -Penetration
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3.3.3. Mucinwechselwirkungen – Mukoadhäsion
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3.4.
Untersuchungen
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3.4.1. Arzneistoffe
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3.4.1.1. Natriumcromoglicat (DSCG)
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3.4.1.2.
Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid
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3.4.2. Verwendete Hilfsstoffe
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4.
Ergebnisse und Diskussion
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4.1. Entwicklung und Validierung der Analysenverfahren (HPLC)
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4.1.1. Allgemeines
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4.1.2. Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid
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4.1.3.
Natriumcromoglicat
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4.2.
Vergleichende Untersuchungen von Natriumcromoglicat, Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid
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4.3. Spezielle Untersuchungen mit Natriumcromoglicat
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4.3.1. In-vitro-Permeation
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4.3.1.1. Einfluss der Natriumcromoglicatkonzentration
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4.3.1.2. Vorinkubation der Mukosa mit Natriumcromoglicat
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4.3.1.3. Einfluss von Polysorbat
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4.3.1.4. Einfluss des Konservierungsmittels
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4.3.1.5. Einfluss des Isotonisierungsmittels und Puffers
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4.3.1.6. Resümee
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4.3.2. In-vitro-Penetration
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4.3.2.1. Einfluss von Benzalkoniumchlorid und EDTA
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4.3.2.2. Einfluss der Konzentration
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4.3.3. Rheologische Untersuchungen – Mucinwechselwirkungen
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4.3.3.1. Rheologie – Theoretische Grundlagen
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4.3.3.2.
Untersuchungen
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4.3.3.3. Rheologie – Mucinwechselwirkungen
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4.3.3.4. Rheologische Untersuchungen der Polymerzubereitungen
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4.3.3.5. In-vitro-Liberation
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4.3.3.6. Resümee der rheologischen Untersuchungen und Mucinwechselwirkungsstudien
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4.3.4. In-vivo-Studien am Kaninchen
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4.3.4.1. Einleitung
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4.3.4.2. Einfluss der applizierten Konzentration von DSCG und von Natriumhyaluronat
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4.3.4.3. Einfluss der Formulierungsparameter (FAM)
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4.3.4.4. Charakterisierung der Lösung aus Natriumhyaluronat und DSCG
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5. Materialien und Methoden
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6.
Zusammenfassung
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7.
ANHANG
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7.1. Tabellenverzeichnis
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7.2.
Abbildungsverzeichnis
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7.3.
Physikalisch-chemische Charakterisierung der Arzneistofflösungen
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7.4.
In-vitro-Permeationsdaten für Nephrophan®
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7.4.1. Vergleichende Untersuchungen mit den Eigenrezepturen
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7.4.2.
Spezielle Untersuchungen mit DSCG
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7.5.
CMC-Bestimmmungen
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7.6. Statistische Vergleiche der Mucinwechselwirkungsstudien
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7.7.
Statistische Vergleiche der Liberationsstudien
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Literatur
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DANKSAGUNG
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ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
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Lebenslauf
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Publikationen, die aus der vorliegenden Arbeit hervorgegangen sind:
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Erklärung
Tabellen
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Tabelle 1: Übersicht über die Arzneistoffe zur Therapie der allergischen Rhinitis
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Tabelle 2: Validierungsparameter der entwickelten HPLC-Methoden für XYLO und OXY
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Tabelle 3: Validierungsparameter der entwickelten HPLC-Methoden für DSCG
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Tabelle 4: Wirkstoffparameter von DSCG, XYLO, OXY in PBS pH 6,0
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Tabelle 5: Verteilungskoeffizienten der Arzneistoffe in verschiedenen Puffern
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Tabelle 6: Zusammensetzung der Fertigarzneimittel
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Tabelle 7: Physikalisch-chemische Parameter der Fertigarzneimittel
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Tabelle 8: Permeation der Arzneistoffe aus den Fertigarzneimitteln durch Rindernasenschleimhaut
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Tabelle 9: Permeation der Arzneistoffe aus den Fertigarzneimitteln durch Nephrophan®
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Tabelle 10: Permeation der Arzneistoffe und Fluorescein-Natrium (c = 100 µM) durchRindernasenschleimhaut und Nephrophan®
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Tabelle 11: Einfluss von EDTA und BAC sowie deren Kombination auf die Permeation durchRindernasenschleimhaut
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Tabelle 12: Einfluss der Tonizität auf die Permeation durch Rindernasenschleimhaut
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Tabelle 13: Einfluss des Isotonisierungsmittels auf die Permeation durch Rindernasenschleimhaut
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Tabelle 14: 95 % Konfidenzintervalle der oszillationsrheologischen Größen des Mucins bzw.der Mucin/Arzneistoff-Mischungen
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Tabelle 15: Quellungsverhalten von Nephrophan® und Rindermukosa (Angabe in % (m/m)vom Trockengewicht)
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Tabelle 16: Einfluss der Konzentration von DSCG auf die Permeation durch Nephrophan®
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Tabelle 17: Permeation von DSCG in Abhängigkeit von der Konzentration durch Rindernasenschleimhaut
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Tabelle 18: Permeation von FLU (100 µM) aus EBS nach Vorinkubation der Mukosa mitDSCG (mg/ml)
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Tabelle 19: Oberflächenspannungen [mN/m] von PS 80 mit und ohne Zusatz von DSCG(mg/ml), VK von DSCG in Polysorbat 80-Lösungen verschiedener Konzentration
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Tabelle 20: Einfluss von Polysorbat 80 und EDTA auf die DSCG-Permeation durchRindernasenschleimhaut
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Tabelle 21: Einfluss der Konservierungsmittel [% (m/V)] auf die DSCG-Permeation durchRindernasenschleimhaut
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Tabelle 23: Zusammenhang zwischen der Permeabilität und dem VK von DSCG (2 mg/ml)sowie der Art der enthaltenen Ionen
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Tabelle 24: Penetration von DSCG in Rindermukosa in Abhängigkeit vom Hilfsstoffzusatz
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Tabelle 25: Proteingehalte [mg] in den „Penetrationsflüssigkeiten“ (10-2 mg je mg Membran(Trockengewicht))
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Tabelle 26: Penetration von DSCG in Rindernasenschleimhaut in Abhängigkeit von seinerKonzentration
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Tabelle 27: Proteingehalte [mg] in den „Penetrationsflüssigkeiten“ je mg Membran (Trockengewicht) in Abhängigkeit von der DSCG-Konzentration
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Tabelle 28: Rheologische Daten der Fließkurven aus Abb. 27
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Tabelle 29: Hysteresisflächen der Fließkurven aus Abb. 28
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Tabelle 30: Rheologische Kenngrößen der Frequenzsweeps (zur Statistik s. auch 7.6)
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Tabelle 31: Rheologische Kenngrößen der Kombination HA/DSCG
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Tabelle 32: Liberation von DSCG und OXY aus verschiedenen Formulierungen mit Mucin
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Tabelle 33: Liberationsdaten FLU aus den mucinhaltigen Formulierungen
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Tabelle 34: Liberation von DSCG (20 bzw. 40 mg/ml) aus den polymerhaltigenZubereitungen (HA (1 % (m/m)) und MC (1,34 % (m/m)) in PBS
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Tabelle 35: Pharmakokinetische Parameter zur DSCG-Verfügbarkeit nach nasalerApplikation
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Tabelle 36: Einfluss der Formulierungsparameter auf die pharmakokinetischen Daten von DSCG (s. auch Abb. 35)
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Tabelle 37: Allgemeine chromatographische Bedingungen
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Tabelle 38: Spezielle chromatographische Bedingungen
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Tabelle 39: Parameter der fluorimetrischen Fluorescein-Natrium-Bestimmung
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Tabelle 40: Physikochemische Parameter der wässrigen DSCG-Lösungen (s. Abschnitt 4.2 und 4.3.1.1)
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Tabelle 41: Physikochemische Parameter der gepufferten (PBS) DSCG-Lösungen (s. Abschnitt 4.2 und 4.3.1.1)
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Tabelle 42: Physikochemische Parameter der verschieden gepufferten DSCG-Lösungen (s. Abschnitt 4.3.3.5)
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Tabelle 43: Physikalisch-chemische Parameter der wässrigen Lösungen von OXY und XYLO (s. Abschnitt 4.2)
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Tabelle 44: Permeationsdaten von DSCG, XYLO und OXY (0,0039 M) durch Nephrophan® unter dem Einflussverschiedener Formulierungsparameter (siehe Abschnitt 4.2.2, Tab. 11 bis 13 )
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Tabelle 45: Permeationsdaten von DSCG durch Nephrophan® unter dem Einfluss verschiedenerFormulierungsparameter
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Tabelle 46: Statistische Vergleiche der Mucinwechselwirkungen: Vergleich von G´ (siehe Tab. 30, Abschnitt4.3.3.3)
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Tabelle 47: Statistische Vergleiche der Mucinwechselwirkungen: Vergleich von m (siehe Tab. 30, Abschnitt4.3.3.3)
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Tabelle 48: Statistischer Vergleich (t-Test) der Liberationsdaten von DSCG gegen DSCG (siehe Tab. 32Abschnitt 4.3.3.5)
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Tabelle 49: Statistischer Vergleich (t-Test) der Liberationsdaten von OXY gegen DSCG (siehe Tab. 32 Abschnitt4.3.3.5)
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Tabelle 50: Statistischer Vergleich (t-Test) der Liberationsdaten von OXY gegen OXY (siehe Tab. 32 Abschnitt4.3.3.5)
Bilder
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Abbildung 1:Lateraler Schnitt durch die menschliche Nasenhöhle; nach [14]
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Abbildung 2:Einfluss nehmende Parameter auf die nasale Verfügbarkeit eines Arzneistoffes aus derArzneiform „Nasentropfen“; erstellt nach [5, 21, 36, 37]
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Abbildung 3:Mikroskopischer Schnitt durch das humane Respirationsepithel; nach [15]
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Abbildung 4:Transportmechanismen durch die nasale Mukosa; modifiziert nach [50]ZO = Zonula occludens (siehe Text)
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Abbildung 5:Side-Bi-SideTM-Apparatur; nach [66]
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Abbildung 6:Zilientätigkeit und Mukusschicht; modifiziert nach [22]
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Abbildung 7:Schematische Darstellung der Struktur der Mukusglykoproteine;modifiziert nach [71]
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Abbildung 8:Natriumcromoglicat
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Abbildung 9:Xylometazolinhydrochlorid und Oxymetazolinhydrochlorid
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Abbildung 10:Benzalkoniumchlorid
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Abbildung 11:Natriumedetat
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Abbildung 12:Disaccharidbaustein des Natriumhyaluronat
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Abbildung 13:Chromatogramme von OXY und XYLO
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Abbildung 14:Chromatogramme DSCG: Plasmaanalytik und Routineanalytik
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Abbildung 15:Mukoadhäsionsindizes der FAM (ω = 16,9 1/s)
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Abbildung 16:Permeation der Arzneistoffe (0,0039 M) durch Rindernasenschleimhaut
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Abbildung 17: Veränderung der Leitfähigkeit über die Versuchsdauer mit Nephrophan®
(----) oder Rindernasenschleimhaut (—) als MembranA: PBS 70 mOsmol/kg, isotonisiert mit: (◆) Sorbitol, (■) Glukose, (▲) Natriumchlorid
B: PBS (◆) 70, (■) 170, (▲) 350 (mOsmol/kg)
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Abbildung 18:Dynamische Viskosität [mPas] von DSCG steigender Konzentration in PBS
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Abbildung 19: Photometrische Bestimmung der „CMC“ von DSCG
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Abbildung 20: Einfluss der Konzentration auf die Permeation von DSCG durch Rindermukosa
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Abbildung 21: Einfluss der Vorinkubation mit DSCG (PBS) auf die Permeation von FLU
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Abbildung 22:Fluorimetrische CMC-Bestimmung von Polysorbat 80
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Abbildung 23: Fluorimetrische CMC-Bestimmung von BAC
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Abbildung 24:Einfluss verschiedener Konservierungsmittel auf die Permeation von DSCG durch Rindermukosa
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Abbildung 25: Kartenblattmodell; modifiziert nach [187]
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Abbildung 26: Schematische Darstellung der Größen im Oszillationsversuch;modifiziert nach [191]
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Abbildung 27:Fließkurven von Mucin mit Zusatz von DSCG (5, 10 mg/g) und/oder HA im Bereich vonD = 10 bis 100 [1/s]
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Abbildung 28:Fließkurven von Mucin mit Zusatz von DSCG (5, 10 mg/g) und /oder HA im Bereich vonD = 0 bis 10 [1/s]
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Abbildung 29: Frequenzsweep von Mucin: Speichermodul G´ (▲), Verlustmodul G´´ (■), Betrag der Komplexen Viskosität |η
*| (◆)
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Abbildung 30:Frequenzsweeps von Mucin mit DSCG unterschiedlicher Konzentration (5, 10mg/g):Speichermodul G´ (▲), Verlustmodul G´´ (■), Betrag der Komplexen Viskosität|η
*|(◆)
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Abbildung 31: Frequenzsweeps von Mucin unter Zugabe der Polymere HA (links) und MC (rechts):Speichermodul G´ (▲), Verlustmodul G´´ (■), Betrag der Komplexen Viskosität |η
*|(◆)
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Abbildung 32: Frequenzsweeps von Mucin unter Zugabe von MC und DSCG (5 mg/g):Speichermodul G´ (▲), Verlustmodul G´´ (■), Betrag der Komplexen Viskosität |η
*|(◆)
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Abbildung 33:Frequenzsweeps von Mucin unter Zugabe von HA/DSCG/5 (links) und HA/DSCG/10(rechts): Speichermodul G´(▲), Verlustmodul G´´ (■), Betrag der Komplexen Viskosität|η
*| (◆)
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Abbildung 34: Rheologische Synergismen ΔG´ [Pa](+) = zugefügter DSCG-Anteil zum jeweiligen Polymer
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Abbildung 35: Plasmaspiegelkurve nach nasaler Gabe von DSCG (50 mg/ml) in PBS mit Darstellung der berechneten pharmakokinetischen Größen
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Abbildung 36: Fließkurve DSCG (50 mg/ml) in PBS, D = 10-100 1/s (siehe auch Abschnitt 4.3.1.1)
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Abbildung 37: Fließkurven HA 1% (m/m) in PBS mit und ohne Zusatz von DSCG (20, 40 mg/ml),D = 10-100 1/s (siehe Abschnitt 4.3.3.4)
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Abbildung 38: Frequenzsweep HA 1% (m/m) in PBS mit und ohne Zusatz von DSCG (20, 40mg/ml)(siehe Abschnitt 4.3.3.4)
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Abbildung 39: Tensiometrische CMC-Bestimmung von BAC und PS 80
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Abbildung 40: Fluorimetrische CMC-Bestimmung von BAC und PS 80: Einfluss von DSCG (0,0025 %)
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DiML DTD Version 3.0 | Zertifizierter Dokumentenserver der Humboldt-Universität zu Berlin | HTML-Version erstellt am: 17.02.2004 |