Neuartige Zubereitungen zur Hemmung der Neointimaproliferation in verengten Arterien

Abstract

Eine lokale Wirkstoffapplikation hat in der Regel den Vorteil, dass die systemische Belastung des Organismus mit dem Wirkstoff gering bleibt. Das ist vor allem dann wichtig, wenn hohe Plasmaspiegel eines giftigen Wirkstoffes zu erheblichen Nebenwirkungen führen würden. Ein Beispiel dafür ist die Restenosehemmung mit antiproliferativ wirksamen Arzneistoffen nach Ballondilatation der Koronararterien. Um das Zytostatikum Paclitaxel selektiv in die Zellwände der Koronargefäße zu bringen, wurde nach Alternativen zu den im Handel befindlichen, mit Wirkstoff beschichteten Stents gesucht, weil diese nicht immer eingesetzt werden können und deren Einheilung, bedingt durch die hohe, die Zellvermehrung hemmende Wirkstoffkonzentration in der Nähe der Stentstreben, verzögert ist. Verzögerte Einheilung bedeutet ein erhöhtes Risiko eines plötzlichen thrombotischen Gefäßverschlusses, der zum Infarkt und plötzlichen Herztod führen kann. Die für die Gefäßdilatation benötigten Ballone ließen sich durch Tauchen in eine Lösung des Wirkstoffes in einem leicht flüchtigen organischen Lösemittel am besten im gefalteten Zustand beschichten: Es wurden Dosierungen von bis zu mehreren µg/mm² Ballonoberfläche erzielt, die Dosis auf den Ballonen ließ sich durch mehrfaches Tauchen nach Trocknen steigern, war aber etwas ungleichmäßig auf den Ballonen verteilt und wies eine recht hohe Streuung zwischen gleich behandelten Ballonen auf. Der Wirkstoff haftete gut an den Ballonen. Die Beschichtung von bereits gefalteten Ballonen hat den Vorteil, dass die aufgetragene Schicht nicht durch nachträgliches Falten beschädigt wird. Der Versuch, eine zerstörungsfreie Prüfung der aufgetragenen Dosis durch Messung eines der Beschichtung zugesetzten Fluoreszenzfarbstoffs durchzuführen, gelang nicht. Paclitaxel ist für die lokale Verabreichung in Arterien viel zu wenig wasserlöslich (ca. 10 µM). Die Löslichkeit in den für die röntgenologische Darstellung der Arterien ohnehin erforderlichen Kontrastmitteln ist deutlich besser (ca. 50 µM), noch höhere Konzentrationen sind jedoch wünschenswert, da die Kontaktzeit zwischen Kontrastmittel und Gefäßwand nur sehr kurz ist. Durch Mischen der Röntgenkontrastmittel mit einem geringen Anteil konzentrierter Paclitaxel- Lösung in Ethanol ließen sich 200 µmolare, übersättigte Wirkstoff- Kontrastmittel-Gemische herstellen, die für mindestens 24 h stabil blieben und während der Intervention am Herzen appliziert werden konnten. Die als Zusatz zum Kontrastmittel vorgesehene, konzentrierte ethanolische Wirkstofflösung wurde zu 1 mL in Fertigspritzen portioniert. Eine wasserfreie, leicht saure Lösung erwies sich als ausreichend stabil. Sie wird unmittelbar vor Gebrauch sicher und bequem aus der Fertigspritze direkt in die mit einem Gummistopfen verschlossene Kontrastmittelflasche injiziert und in der geschlossenen Flasche gemischt. Gemeinsam mit seinem Träger wird der Wirkstoff über spezielle Katheter selektiv in das zu behandelnde Gefäß injiziert und gelangt aufgrund seiner ausgeprägten Lipophilie schnell in die Gefäßwand. Mittels Photonenkorrelationsspektroskopie konnten keine Mizellen in der Kontrastmittel-Paclitaxel-Lösung gefunden werden. Vermutlich bedingen Wechselwirkungen zwischen den lipophilen Wirkstoff- und Kontrastmittelmolekülen den lösungsvermittelnden Effekt. Kolloidale Eisenoxid- Lösungen, wie sie als Kontrastmittel in der Magnetresonanztherapie genutzt werden, reichern sich in arteriosklerotischen Plaques an. Ihre Beladung mit Paclitaxel gelang allerdings durch einfache Adsorption nicht in ausreichendem Maße, um sie als Wirkstoffträger mit therapeutischer Relevanz nutzen zu können. Weitere Versuche den Wirkstoff auf anderem Weg an die Magnetite zu binden, sind daher wünschenswert. Die lokale Wirkstoffapplikation zur Restenoseprävention nach Ballondilatation oder Stentimplantation ist möglich und sinnvoll, da dadurch systemische Wirkungen und Nebenwirkungen vermieden werden können. Als alternative Verfahren zu den sich im Handel befindlichen wirkstoffbeschichteten Stents bieten sich gegenwärtig die Verabreichung des Paclitaxels mittels beschichteter Ballonkatheter oder als übersättigte Lösung im ohnehin verwendeten Kontrastmittel an. Die im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen zeigen, dass sich voraussichtlich für die beiden sehr unterschiedlichen und ungewöhnlichen Applikationsformen pharmazeutisch akzeptable Zubereitungen finden lassen. Die eventuelle Einsetzbarkeit von Magnetit-Kolloiden bedarf noch weiterer Untersuchungen, um eine ausreichende Wirkstoffbeladung zu erreichen.

Local drug delivery generally has the advantage that the systemic drug exposure of the organism remains low. This is above all important when high plasma levels of a toxic agent would result in substantial adverse effects. An example for this is the inhibition of restenosis with antiproliferative drugs after balloon dilatation of the coronary arteries. Inhibition of restenosis has been achieved so far by drug eluting stents which are available on the market. Alternative ways of administering the cytostatic agent paclitaxel selectively to coronary vessels walls have been searched for, because stents cannot always be implanted and healing following stent implantation is delayed due to the increased drug concentration close to stent struts which inhibits cell proliferation. Delayed healing, though, means a higher risk of a sudden thrombotic occlusion followed by infarction and sudden cardiac death since thrombogenic metallic stent struts are not covered by endothelial cells. The balloons required for vascular dilatation were most effectively coated by dipping them into a solution of the drug in a rapidly volatile organic solvent in folded state: Dosages up to several µg / mm² balloon surface were achieved; the doses on the balloons could be increased by repeating the dip after drying. It was, however, slightly unevenly applied on the balloons and showed quite a high variance between identically treated balloons. The drug adhered well to the balloons. The coating of the already folded balloons carries the advantage that there is no risk to damage the applied layer by subsequent folding. The attempt to examine the doses applied to the balloon in a non- destructive way by measuring fluorescence of an added fluorescent dye did not succeed. Water solubility of paclitaxel is too low (ca.10 µM) for the local administration in arteries to prevent neointimal proliferation. The solubility in the angiographic contrast media is clearly better (ca. 50 µM) but still higher concentrations are desirable, because the contact time between the contrast medium and the vessel is very short. By mixing the X-ray contrast media with a small portion of highly concentrated paclitaxel solution in ethanol it was possible to produce 200 µM supersaturated drug-contrast media- preparations, which were stable for at least 24 hours and applicable during the cardiac intervention. The concentrated solution of the drug in ethanol to be added to the contrast medium was portioned into 1 ml syringes. An anhydrous, slightly acidic solution proved to be sufficiently stable. The content of the syringe is rapidly injected into the contrast medium bottle, which is sealed by a rubber stopper, immediately before use and mixed inside the closed bottle. Together with its carrier, the drug is injected selectively into the coronary vessel by an angiographic catheter, and due to its high lipophilicity, rapidly taken up by the vessel wall. By using photon correlation spectroscopy no micelle formations could be found in the contrast media. Presumably interactions between the lipophilic drug and the aromatic contrast medium molecules are causing the increase in solubility without the formation of larger aggregates. Colloidal iron oxide solutions as they are used as contrast media in magnetic resonance imaging are accumulating in atherosclerotic plaques. If loaded with paclitaxel they could serve as carrier for targeted therapy. The loading by simple adsorption succeeded only inadequately. Thus, further studies applying different methods, would be desirable. Local drug delivery to prevent restenosis after balloon dilatation or stent implantation is possible and useful, because it can cause systematic adverse effects to be avoided. Alternative techniques to the commercially available drug eluting stents could currently be the application of paclitaxel using coated balloon catheters or supersaturated solutions in the already used contrast media. Studies presented in this dissertation suggest that, in both, very different and unusual methods of application, acceptable pharmaceutical preparations can be found, although innovative solutions to a variety of problems will be required. The potential of using magnetite-colloids as carriers, however, will need more experiments to achieve an effective drug loading.