Psoriasis is a common, chronic, multifactorial, human skin disease, characterized by well-demarcated, raised, erythematous plaques covered with silvery scales. It is incurable and often requires long period therapy with immunomodulatory drugs, which can lead to side effects, especially when administered systemically in more severe cases. Nanocarrier are engineered particles of a size between 1 nm and 100 nm at least in one dimension. For skin, nanocarrier are designed to increase the delivery of drugs or genes through the skin barrier, target the drug to a specific layer, or prevent systemic distribution and thereby negative effects in distant organs. In paper 1 of this thesis, core-multishell nanocarrier were investigated topically on mouse skin in vivo. This nanocarrier had been designed like a uni-molecular micelle with a hydrophilic core, an inner lipophilic shell, and an outer hydrophilic shell to make the particle water-soluble and provide space for drugs of different lipophilicity to be loaded into the core or the inner shell. Originally, they had been thought to penetrate through the skin and release their cargo at its site of action. Literature already had stated that several nanocarrier or nanoparticles do not penetrate into skin, whereas others do and even others penetrate only through a disrupted barrier. The core-multishell nanocarrier used here did not penetrate into viable layers of intact or inflamed skin using the imiquimod-induced psoriasis model in BALB/c mice. Instead, they accumulated in the stratum corneum. Previous in vitro data had shown core-multishell nanocarrier penetration into tape stripped human skin ex vivo. The accumulation in the stratum corneum could possibly be used as a depot for a retarded and prolonged release of drugs. Parallel to the penetration study no adverse effects were observed locally or systemically. This is in concordance with literature also stating no negative effects even after repeated subcutaneous injection of this carrier. The topical application of nile red loaded core-multishell nanocarrier revealed superior cargo delivery into the viable epidermis compared to a nile red cream. Further elucidation of the mechanism by which the core-multishell nanocarrier enhances the penetration of nile red, and proof of concept for real drugs are needed. However, the core-multishell nanocarrier remains as a promising candidate for further development for therapy of skin diseases including testing of a therapeutic surplus value of drug loaded nanocarrier compared to commercial topical drug formulations. No tacrolimus-specific anti-inflammatory effects could be shown in the imiquimod-induced psoriasis-like dermatitis model using BALB/c mice, despite penetration of the drug into the dermis. Further research is needed to elucidate the reason for the lack of that efficacy and the conflict to literature and the dependence of tacrolimus efficacy in this model on mouse strains. However, this model was not applicable to evaluate therapeutic superiority of core-multishell nanocarrier for tacrolimus delivery compared to tacrolimus ointment. The importance of choosing an appropriate model for the specific question, using multiple objective readout parameters to avoid over-interpretation of small variations, and testing against all needed control groups, including a vehicle control, in addition to untreated controls, is highlighted.
Psoriasis ist eine häufige, chronische, multifaktorielle Hauterkrankung des Menschen, welche durch scharf begrenzte, erhabene, erythematöse Plaques, die mit silbrigen Schuppen bedeckt sind, charakterisiert ist. Psoriasis ist unheilbar und oft ist eine Langzeittherapie mit immunmodulatorischen Medikamenten nötig, welche vor allem in schweren Fällen bei systemischer Applikation zu unerwünschten Nebenwirkungen führen können. Nanocarrier sind synthetische Partikel von einer Größe zwischen 1 nm und 100 nm in mindestens einer Dimension. Für die Anwendung auf der Haut wurden Nanocarrier entwickelt um, Wirkstoffe oder Gene vermehrt durch die Hautbarriere zu transportieren, bestimmte Schichten anzusteuern oder eine systemische Verteilung des Wirkstoffes, und dabei Nebenwirkungen in Organen, zu verhindern. In der ersten Publikation aus dieser Dissertation wurden Core-Multishell Nanocarrier in vivo topisch auf Maushaut getestet. Dieser Nanocarrier wurde in Analogie zu einer ein-molekularen Mizelle mit einem hydrophilen Kern, einer lipophilen inneren Schale und einer hydrophilen äußeren Schale entwickelt, um den Partikel wasserlöslich zu machen und Wirkstoffe verschiedener Lipophilität im Kern und der inneren Schale transportieren zu können. Ursprünglich sollten die Nanocarrier in die Haut eindringen und ihre Ladung an dessen Wirkungsort freigeben. In der Literatur ist bereits zu finden, dass verschiedene Nanocarrier und Nanopartikel nicht in Haut eindringen, wobei andere dieses tun und wieder andere nur in barrieregestörte Haut eindringen. Die hier genutzten Core-Multishell Nanocarrier drangen nicht in vitale Hautschichten von gesunder oder entzündeter Haut des Imiquimod induzierten Psoriasis ähnlichen Mausmodels in BALB/c Mäusen ein, sondern akkumulierten im Stratum corneum. Vorangegangene in vitro Studien hatten bereits ein Eindringen von Core-Multishell Nanocarriern in humane Haut ex vivo nach Tape stripping gezeigt. Diese Ansammlung der Nanocarrier im Stratum corneum könnte möglicherweise als Depot für eine retardierte und damit verlängerte Wirkstofffreisetzung genutzt werden. Gleichzeitig konnten in den Penetrationsexperimenten keine lokalen oder systemischen negativen Effekte der Core-Multishell Nanocarrier beobachtet werden. Das steht in Einklang mit der vorhandenen Literatur, welche sogar nach wiederholter subkutaner Injektion dieser Nanocarrier keine negativen Effekte beschreibt. Die topische Applikation von mit Nilrot beladenen Core-Multishell Nanocarriern zeigte einen vermehrten Ladungstransport in die vitale Epidermis im Vergleich zu Nilrot in einer Crème. Weitere Aufklärung des Mechanismus, mit dem die Core-Multishell Nanocarrier das Eindringen von Nilrot verstärken, und ein Wirksamkeitsnachweis für echte Wirkstoffe benötigen weiterführende Untersuchungen. Allerdings bleiben die Core-Multishell Nanocarrier vielversprechende Kandidaten für die Weiterentwicklung der Nanocarrier zur Therapie von Hauterkrankungen einschließlich des Nachweises eines Therapievorteils wirkstoffbeladener Core-Multishell Nanocarrier gegenüber kommerziellen topischen Formulierungen. Es konnten keine Tacrolimus spezifischen antiinflammatorischen Effekte im Psoriasis ähnlichen, Imiquimod induzierten Dermatitis Modell in BALB/c Mäusen gezeigt werden, trotz Eindringen des Wirkstoffes in die Dermis. Weitergehende Untersuchungen sind notwendig, um den Grund für die fehlende Effizienz, dessen Widerspruch mit vorhandener Literatur und eine mögliche Abhängigkeit der Tacrolimus Wirksamkeit in diesem Modell von Mausstämmen zu erforschen. Unabhängig davon ist das Imiquimod induzierte Psoriasis Modell mit den hier verwendeten Protokollen in BALB/c Mäusen nicht zur Testung eines möglichen Therapievorteils von Core-Multishell Nanocarriern zum Tacrolimus Transport gegen Tacrolimussalbe geeignet. Des Weiteren wird die Wichtigkeit betont, ein passendes Modell zur Forschungsfragestellung auszuwählen und mehrere objektive Parameter auszuwerten, um Überinterpretation von kleinen Schwankungen gegen alle notwendigen Kontrollgruppen inklusive Vehikelkontrollen zusätzlich zu unbehandelten Kontrollen zu vermeiden.
