The special characteristics of the oral cavity challenge the pharmaceutical treatment of inflammatory diseases of the oral mucosa. Constant salivation and mechanical load of the mucosa sites limit the substantivity and efficacy of conventional, locally applied drugs. The particularly high prevalence of oral mucosal diseases therefore requires novel therapeutical approaches. Recently developed nanoparticles can be used for drug transport and delivery. They are considered as a promising new therapeutical option to overcome the epithelial barrier. In recent years, many of them have been successfully tested on human skin. Although skin and gingiva show various structural similarities a careful evaluation of the safety and efficacy of those systems on oral mucosa is mandatory. Core-multishell (CMS) nanocarriers and thermosensitive N-isopropylmethacrylamide (NIPMAM) nanogels are two different examples of nanosized carriersystems which differ in architecture. In the present study the CMS nanocarriers 10-A-18-350 and 10-E-15-350 as well as a PNIPMAM-(S-S)-dPG nanogel have been characterized. For this purpose, in vitro toxicity and proliferation assays have been performed using immortalized gingival keratinocytes. None of the carrier systems tested showed cytotoxic effects. However, the application of CMS nanocarrier 10-E-15-350 on monolayer cultures showed a slight increase of cell metabolism, whereas the used PNIPMAM-(S-S)-dPG nanogel slightly decreased the metabolic activity of gingival keratinocytes. Cell count, however, stayed unaltered. To investigate the penetration efficacy of the nanocarrier systems into oral mucosa, Franz cell penetration studies have been performed and analyzed via confocal microscopy. As those experiments require a relatively large size of tissue samples, porcine mucosa was used. Keratinized and non-keratinized mucosa tissues have been examined. Both CMS nanocarrier types and the PNIPMAM-(S-S)-dPG nanogel were capable of penetrating each type of mucosal tissue. The penetration was limited to the upper cell layers and did not exceed Stratum corneum. Franz cell experiments and subsequent electron paramagnetic resonance spectroscopy (EPR) analysis were performed to examine the release of a model drug loaded to the CMS 10-E-15-350 nanocarrier. Here, the glucocorticoid dexamethasone was used. The results show the ability of CMS 10-E-15-350 to deliver dexamethasone into mucosal tissues of keratinized and non-keratinized type. The CMS-nanocarrier showed a considerably improved dexamethasone release compared to a conventional cream formulation. Taken together, nanosized carrier systems could provide a novel approach for the delivery of compounds to diseased areas of the oral mucosa. Further investigation should be conducted particularly with regard to the CMS nanocarrier 10-A-18-350 and 10-E-15-350.
Die Mundhöhle stellt mit ihren Eigenschaften besondere Anforderungen an die Therapie von Mundschleimhauterkrankungen. Die topische Anwendung von konventionellen Therapeutika ist aufgrund der ständigen Umspülung mit Speichel und der mechanischen Beanspruchung der Schleimhautoberfläche wenig effizient. Die im Kontrast dazu stehende, hohe Prävalenz von Erkrankungen der Mundschleimhaut erfordert deshalb eine Weiterentwicklung der Therapieansätze. Neu entwickelte Nanocarriersysteme dienen dem Transport und der Freisetzung von Wirkstoffen. Sie stellen eine vielversprechende Therapieoption dar, um die Barriere des Epithels zu überwinden. Viele dieser Systeme wurden in den vergangenen Jahren für ihren Einsatz an äußerer Haut getestet. Durch ihren strukturell ähnlichen Aufbau kommt auch die Mundschleimhaut als Zielgewebe solcher neuer Therapiestrategien in Frage. Ultrastrukturelle Unterschiede fordern jedoch eine sorgfältige Überprüfung der Effektivität und Sicherheit solcher Systeme beim Einsatz an oraler Schleimhaut. Zwei unterschiedlich aufgebaute Nanocarriersysteme sind Core-multishell-(CMS)-Nanocarrier und thermosensitive dPG-Nanogele. Die CMS-Nanocarrier 10-A-18-350 und 10-E-15-350 sowie ein thermoresponsives PNIPMAM-(S-S)-dPG-Nanogel wurden im Rahmen dieser Arbeit mittels in vitro Zytotoxizitäts- und Proliferationsassays auf ihre Wirkung auf immortalisierte gingivale Keratinozyten überprüft. Es ergaben sich keine zelltoxischen Effekte für die CMS Nanocarrier oder das PNIPMAM-(S-S)-dPG-Nanogel. Letzteres zeigte jedoch eine geringfügige, vorübergehende Abschwächung des Zellmetabolismus. Die Zellzahl blieb unbeeinflusst. Der CMS-Nanocarrier 10-E-15-350 erhöhte die metabolische Aktivität geringfügig. Um die Fähigkeit der genannten Systeme zur Penetration von Schleimhaut zu untersuchen, wurden Penetrationsstudien in Franz-Zellen mit fluoreszenzmarkierten Nanocarriern und -gelen durchgeführt und mittels Laserkonfokalmikroskopie analysiert. Hierbei wurden unverhornte und verhornte Schleimhautproben vom Schwein als Referenzmodell herangezogen. Alle getesteten Systeme waren in der Lage in die Schleimhaut einzudringen. Die Penetration war auf die obersten Zellschichten begrenzt und überschritt nicht das Stratum corneum. Mittels Elektronenspinresonanz wurde ebenfalls im Franz-Zell-Experiment die Fähigkeit des CMS 10-E-15-350-Nanocarriers zur Abgabe eines Modellwirkstoffes in die Schleimhaut untersucht. Als Wirkstoff wurde das Glukokortikoid Dexamethason gewählt. In beiden Schleimhauttypen konnte eine Freisetzung in der Epidermis nachgewiesen werden. Besonders bei verhornter Schleimhaut war eine stärkere Anreicherung des Wirkstoffs nach Applikation des Nanocarriers im Vergleich zu einer konventionellen Darreichungsform nachweisbar. Die Untersuchungen belegen, dass vor allem die eingesetzten CMS-Nanocarrier mögliche Transportvehikel für Wirkstoffe zur Therapie von Mundschleimhauterkrankungen darstellen könnten und zu diesem Zweck weiter untersucht werden sollten.
