O/W-Emulsionen für die intravenöse Applikation von Arzneistoffen

Abstract

Die vorliegende Dissertation untersuchte Möglichkeiten und Grenzen der SolEmuls®-Technologie anhand von drei Arzneistoffen, die gleichzeitig aufgrund ihrer physikalisch-chemischen Eigenschaften Modellcharakter haben, aber auch Relevanz für die Therapie besitzen. Die SolEmuls®-Technologie ermöglicht es durch Ko-Homogenisation von Emulsionen und Arzneistoffpulver, den Arzneistoff in die Grenzfläche der Emulsion einzulagern, ohne hierfür - wie vorher üblich - organische Lösungsmittel einzusetzen. Sie ist daher prädestiniert, Emulsionen mit Arzneistoffen zu beladen, die sowohl in der Wasserphase als auch in der Ölphase der Emulsion unlöslich sind. Klassisches Beispiel hierfür ist der Arzneistoff Amphotericin B, der aufgrund seiner Bedeutung im Mittelpunkt dieser Arbeit stand. Es wurde eine Zahl von Parametern mit potentieller Relevanz für die physikalische und chemische Stabilität der Amphotericin B-Emulsionen systematisch untersucht, wie z.B. verschiedene Herstellungs- und Lagerungsparameter, Veränderung der Rezepturbestandteile und Einfluss der Aggregation der Amphotericin B-Nanokristalle. Wichtige Kriterien für eine potentielle Anwendung sind die physikalische und die chemische Langzeitstabilität. Amphotericin B-beladene Emulsionen wurden über einen Zeitraum von 6-12 Monaten eingelagert. Hierbei wurde festgestellt, dass die Emulsion selbst physikalisch stabil war, gegen Ende des Lagerzeitraums jedoch durch offensichtlichen Ausschluss von Arzneistoff aus der Lecithinschicht Kristallbildung auftrat. Zusammengefasst kann daraus gefolgert werden, dass eine Konzentration von 1 mg/mL kurzzeitstabil ist, für langzeitstabile Emulsionen sich jedoch eher eine Konzentration von 0,5 mg/mL empfiehlt. Die Verträglichkeit (d. h. potentielle Toxizität) sowie die biologische Wirksamkeit wurde in In-vitro- und In-vivo-Untersuchungen am Modell (Candida albicans ATCC10231 und mit diesem Stamm infizierte Balb/c Mäuse) nachgewiesen. Als weiterer Arzneistoff wurde in der Arbeit Xenon untersucht. Neben dem Modellcharakter hat Xenon auch als potentielles, exzellent verträgliches Anästhetikum hohes Potential. Xenon ist eine Substanz die zu einem geringen Anteil in Ölen löslich. Während des Rezepturscreenings wurde das Lösungsverhalten von Xenon untersucht. In der Arbeit konnte nachgewiesen werden, dass sowohl die Größe der Grenzfläche als auch die Zusammensetzung der Stabilisatorschicht keine Rolle für den Beladungsgrad spielen. Die Arzneistofflöslichkeit ergibt sich bei nicht miteinander mischbaren bzw. wenig miteinander mischbaren Phasen rein additiv aus der Löslichkeit in den einzelnen Phasen. Die bei der SolEmuls®-Technologie so wichtige Grenzfläche spielt daher bei diesen Emulsionen keine Rolle. Bei miteinander mischbaren Flüssigkeiten (z.B. das Öl LCT und Ethanol oder Wasser und Ethanol), kommt es zu keinem additiven Effekt. Hochdisperse Xenon-Emulsionen mit großer Grenzfläche lieferten während der In-vivo-Untersuchungen die besten Ergebnisse. Das angestrebte Targeting mit den Emulsionen über Apolipoprotein E erwies sich in vivo als nicht effizient genug, eine ausreichende Menge Xenon in das Gehirn zu transportieren. Grundsätzliches Problem bei den In-vivo- Studien blieb die Abflutung über die Lunge. Im letzten Teil der Arbeit wurde der Effekt einer möglichen chemischen Stabilisierung eines hochlabilen Wirkstoffes am Beispiel von Omeprazol untersucht. Als Ergebnis kann festgestellt werden, dass im Fall von Omeprazol unter Verwendung des hier eingesetzten Lecithins keine deutlichen Stabilisierungseffekte gefunden wurden. Im Gegensatz zu diesen Ergebnissen zeigte das verwendete Lecithin bei Amphotericin B eine sehr gute Stabilisierung. Für zukünftige Arbeiten lässt sich aus den Ergebnissen folgern, dass es offensichtlich eine arzneistoffspezifische Interaktion mit den Stabilisatormolekülen gibt, d. h. spezifisch für jeden Arzneistoff muss ein Screening für eine optimale chemische Zusammensetzung der Stabilisatorschicht durchgeführt werden.

This thesis investigates the possibilities and limits of the SolEmuls® technology on the basis of three drugs which have a model character due to their physical and chemical characteristics, but are also of relevance for therapy. By co-homogenisation of emulsions and drug powder, the SolEmuls® technology facilitates the integration of the drug into the interface of the emulsion without using organic solvents. Therefore, by means of this technology emulsions can be loaded with drugs which are insoluble in water and in oil. A good example of this phenomenon is the drug amphotericin B, which is the focus of this study, along with xenon and omeprazole. Several parameters with relevance for physical and chemical stability of the amphotericin B emulsions were systematically investigated, e.g. several production and storage parameters, composition of the emulsion and aggregation of the amphotericin B nanocrystals. The physical and chemical long-time stability is an important criterion for potential application. Amphotericin B emulsions were investigated over a period of 6-12 months. The emulsion itself was found to be stable, but during storage the drug precipitated out of the lecithin layer and amphotericin B crystals formed. Therefore, an amphotericin B emulsion of 1 mg/mL is stable for a short time and a concentration of e.g. 0.5 mg/mL could lead to a long-time stable emulsion. Tolerability, i.e. potential toxicity, and biological effectiveness are important for applications of the amphotericin B emulsions. In vitro and in vivo studies were performed and the biological effectiveness was demonstrated for the sterile and non-sterile emulsions. No acute toxicity was seen in vivo. Xenon is also an excellent and well tolerated anaesthetic with high potential in therapy. Xenon is only slightly soluble in oils and it was assumed that the interfacial layer also plays an important role for loading the emulsions with Xenon. During the screening for the emulsion composition the solubility reaction was studied. The solubilities of xenon in the single phases were found to be additive, if the phases only mix weakly with each other. The usually important interface in the SolEmuls® technology plays only a secondary role for the xenon emulsions. For fluids which mix with each other (e.g. the oil LCT and ethanol or water and ethanol), there is no additive effect. The best in vivo results were obtained by using highly dispersed xenon emulsions with a large interface. In this study, targeting with apolipoprotein E did not transport a sufficient amount of xenon to the brain. In general, the major problem was found to be the loss of xenon in the lung passage. In the final part of this thesis, the effect of a possible chemical stabilisation of a very labile drug, in this example omeprazole, was investigated. In case of omeprazole, the used lecithin did not show a clear stabilisation effect. In contrast to this result, the same lecithin showed very good stabilisation effect in the case of amphotericin B. In conclusion, it is clear that there is a drug specific interaction with the stabilising molecules, meaning that determining the optimal chemical composition of the stabiliser layer must be performed for every drug.