Nanosuspensions and nanostructured lipid carriers for dermal application

Abstract

The synthesis of the new sPLA2 inhibitors PX-18 and PX-13 was optimized, the compounds characterized and a reversed-phase HPLC-UV method for quantitative analysis developed and validated. PX-18 and PX-13 are poorly soluble in water. To overcome this problem they were formulated as nanosuspensions using high pressure homogenization. Applying 20 homogenization cycles at 1500 bar at 5°C, PX-18 nanosuspensions with an active content of 1%, 5% and 10%, stabilized with 1% Tween 80, with a particles size below 1 µm could be achieved. For the 1% PX-18 nanosuspension an average particle size measured by PCS < 50 nm was obtained. Melting 1% or 5% PX-13 in a 2% Plantacare® 2000 solution and homogenizing the obtained emulsion applying 3 homogenization cycles at 500 bar at 95°C, led to nanosuspensions with particles sizes well in the nanometer range. For PX-18 and PX-13 an increase in saturation solubility and in dissolution velocity could be shown by decreasing the particle size from the micrometer range to the nanometer range. The best physical stability was found for PX-18 nanosuspensions stored at 5°C and for PX-13 nanosuspensions stored at 25°C. The nanosuspensions were chemical stable at these storage temperatures. The dermal and ocular safety of PX-18 and PX-13 was evaluated on primary human keratinocytes and fibroblasts monolayer cell cultures by MTT and Neutral red assay, with the reconstructed human epidermis model EPISKIN and the HET-CAM test. It could be shown that the sPLA2 inhibitors PX-18 and PX-13 as well as the according nanosuspensions with an active content of 5% can be classified as non irritant to the skin and non/slightly irritant to the eye. Coenzyme Q10-loaded NLC and o/w emulsion were prepared by high pressure homogenization. A similar particle size, well within the nanometer range, was obtained for both formulations. The carrier systems showed a good physical stability. The chemical stability of coenzyme Q10 under light exposure was best for the NLC formulation. Investigating the occlusive properties of coenzyme Q10 containing NLC, o/w emulsion and liquid paraffin, film formation could be shown with the in vitro, ex vivo and in vivo occlusion test for NLC. In the in vitro and ex vivo test coenzyme Q10-loaded NLC performed a similar occlusivety like highly occlusive liquid paraffin whereas the coenzyme Q10-loaded o/w emulsion was much less occlusive. In vivo the formation of a dense film on the skin could be shown by the reduction of the Corneometer values. No significant difference in the release of coenzyme Q10 from NLC and o/w emulsion was found whereas the release of coenzyme Q10 from liquid paraffin was significant lower in vitro. The coenzyme Q10 release followed zero-order release kinetic from all 3 formulations. Comparing the penetration of coenzyme Q10 from NLC, o/w emulsion and liquid paraffin into the stratum corneum, it was found that the penetration of coenzyme Q10 from NLC was significant higher than from the other two formulations. The penetration of coenzyme Q10 from liquid paraffin was the lowest. The effect on the skin hydration was evaluated in vivo after repetitive application of a cream containing coenzyme Q10-loaded NLC and a conventional o/w cream containing the same amount of coenzyme Q10 and having the same lipid content. Both creams increased the skin hydration significantly within 7 days. A significant higher skin hydration was found in the test areas of the NLC containing cream after 28 and 42 days.

Die Synthese der neuen sPLA2 Inhibitoren PX-18 und PX-13 wurde optimiert, die Wirkstoffe charakterisiert und eine Reversed-Phase-HPLC-UV Methode entwickelt und validiert. PX-18 und PX-13 sind praktisch unlöslich in Wasser. Um das Löslichkeitsproblem zu umgehen, wurden Nanosuspensionen mittels Hochdruckhomogenisation hergestellt. Nanosuspensionen mit einem Gehalt von 1%, 5% und 10% PX-18, stabilisiert mit 1% Tween 80, mit einer Partikelgröße < 1 µm konnten mit 20 Homogenisationszyklen mit einem Druck von 1500 bar bei 5°C hergestellt werden. PCS Messungen ergaben eine Partikelgröße < 50 nm für die 1%ige Nanosuspension. Das Schmelzen von 1% bzw. 5% PX-13 in einer wässrigen 2%igen Plantacare® 2000 Lösung und die nachfolgende Homogenisation der erhaltenen Emulsion bei 500 bar und 95°C mit 3 Zyklen, führte zu Nanosuspensionen mit einer zufrieden stellenden Partikelgröße. Für PX-18 und PX-13 konnte ein Anstieg der Sättigungslöslichkeit und der Lösungsgeschwindigkeit gezeigt werden, wenn die Partikelgröße vom Mikrometer- in den Nanometerbereich überführt wurde. Die beste physikalische Stabilität wurde erhalten, wenn PX-18 Nanosuspensionen bei 5°C und PX-13 Nanosuspensionen bei 25°C gelagert wurden. Bei diesen Lagertemperaturen waren die Nanosuspensionen chemisch stabil. Das Gefahrenpotential von PX-18 und PX-13 an der Haut und am Auge wurde an Monolayer-Zellkulturen primärer, humaner Keratinozyten und Fibroblasten mit dem MTT und Neutralrot Test, mit dem rekonstruierten humanen Epidermismodell EPISKIN und dem HET-CAM Test untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass die sPLA2 Inhibitoren PX-18 und PX-13 sowie die Nanosuspensionen mir einem Gehalt von 5% nicht reizend an der Haut und nicht/leicht irritierend am Auge sind. Mit Hochdruckhomogenisation wurden Coenzym Q10-beladene NLC und eine O/W-Emulsion hergestellt. Es wurde für beide Trägersysteme eine ähnliche Partikelgröße im Nanoeterbereich erhalten. Die Trägersysteme waren physikalisch stabil. Die beste Stabilisierung von Coenzym Q10 unter Lichteinfluss zeigten die NLC. Bei Untersuchungen der okklusiven Eigenschaften konnte eine Filmbildung in vitro, ex vivo und in vivo für die NLC gezeigt werden. Im in vitro und ex vivo Okklusionstest ergab sich für die NLC eine vergleichbare Okklusivität wie für hoch okklusives flüssiges Paraffin, während die O/W-Emulsion weitaus geringere okklusive Eigenschaften hatte. In vivo konnte die Bildung eines dichten Films auf der Haut über die Abnahme der Corneometerwerte gezeigt werden. Kein signifikanter Unterschied im Freisetzungsverhalten von Coenzym Q10 aus den NLC und der O/W-Emulsion konnte in vitro gefunden werden, während die Freisetzung aus flüssigem Paraffin signifikant geringer war. Die Freisetzung aus allen 3 Formulierungen verlief nach einer Freisetzungskinetik 0. Ordnung. Beim Vergleich der Penetration von Coenzym Q10 ins Stratum corneum ergab sich, dass die Penetration von Coenzym Q10 aus NLC signifikant höher war als aus der O/W-Emulsion und flüssigem Paraffin. Die geringste Menge penetrierte aus flüssigem Paraffin. Der Effekt auf die Hautfeuchtigkeit nach wiederholter Anwendung einer Creme mit Coenzym Q10-beladene NLC und einer konventionellen O/W Creme mit dem gleichen Coenzym Q10- und Fettgehalt wurde in vivo ermittelt. Beide Cremes erhöhten nach 7 Tagen die Hautfeuchtigkeit signifikant. Eine signifikante höhere Hautfeuchtigkeit wurde in den Testarealen der NLC-haltigen Creme nach 28 und 42 Tagen gefunden.