4 Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe

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César De Paepe
César De Paepe

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Einleitung und Zielstellung
4 Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Zur Steigerung der Löslichkeit und Bioverfügbarkeit von Problemarzneistoffen eignen
sich nanodisperse Lipidsysteme, zu denen Lipidvesikel, Nanoemulsionen und feste
Lipidnanopartikel
gezählt
werden.
Lipidvesikel
zeichnen
sich
durch
eine
Lipiddoppelschicht aus, die ein wässriges Kompartiment umschließt. Bei den
Nanoemulsionen stabilisiert dagegen eine Lipidmonoschicht einen flüssigen und bei den
Lipidnanopartikeln einen festen Lipidkern (Abb. 15).
Lipidvesikel
Nanoemulsion
Lipidnanopartikel
Abb. 15: Nanodisperse Systeme im strukturellen Vergleich
In dieser Arbeit stehen vor allem Lipidvesikel im Mittelpunkt, die auf ihre Eignung für
eine dermale Applikation von CsA und MMF geprüft werden sollen.
4.1 Lipidvesikel und Liposomen
Lipidvesikel sind kugelig in sich abgeschlossene Membranlamellen, die einen
wässrigen Innenraum von einer kontinuierlichen wässrigen Phase abtrennen (Schubert
1997). Lipidvesikel enthalten eine oder mehreren Lipiddoppelschichten (Bilayer) aus
amphiphilen Lipiden, deren hydrophile Teile („Kopfgruppen“) der wässrigen Seite
zugewandt sind. Die lipophilen Molekülteile der beiden Lipidschichten (Monolayer)
zeigen aufeinander zu und bilden den hydrophoben Innenbereich der Membran (Abb.
15).
Liposomen sind künstliche Lipidvesikel, für deren Herstellung hauptsächlich
Phosphatidylcholine (PC, häufig in hydrierter Form) oder Phospholipidmischungen, die
55
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
vorwiegend PC enthalten (z. B. Sojalecithin) sowie Anteile von Cholesterol oder
Glykolipide verwendet werden.
Wenn die Lipidvesikel ausschließlich nichtionische Lipide enthalten, hat sich der
Begriff Niosomen etabliert. Weiterhin sind auch Sphingolipide wie die Ceramide zur
Ausbildung von Lipiddoppelschichten befähigt, wobei die gebildeten Vesikel häufig als
Sphingosomen bezeichnet werden. In dieser Arbeit soll der Begriff Liposom nur für
phospholipidhaltige Vesikel zur Anwendung kommen, während alle anderen Systeme
Lipidvesikel genannt werden.
Liposomen werden abhängig von ihrer Größe, der Anzahl der Lipiddoppelschichten und
dem Vorhandensein innerer Vesikel als large multilamellar vesicles (MLV, 100-1000
nm), large unilamellar vesicels (LUV, > 50 nm), small unilamellar vesicles (SUV,
< 50 nm), oligolamellar large vesicles (OLV) oder multivesicular vesicles (MVV)
bezeichnet (New York Academy of Science 1977, Schubert 1997). Die Größe der
Liposomen variiert von 20 nm bis zu einigen Mikrometern, wobei die Dicke der
Doppelschichten bei 3-5 nm liegt (Arndt und Fichtner 1986, Lasic 1993). Sehr kleine
SUV von unter 30 nm Größe können durch Ultraschallbehandlung aus Eilecithin
hergestellt werden (Huang 1969). Bei solchen extrem kleinen SUV ist der Lipidanteil
im äusseren Monolayer etwa doppelt so groß wie im Inneren. Die hohe
Membranspannung bewirkt einen instabilen Zustand mit gesteigerter Fusionsneigung,
erhöhter
Wechselwirkung
mit
größeren
Molekülen
sowie
erhöhte
Membranpermeabilität. Das Volumen der hydratisierten Bilayer ist etwa fünf mal so
groß
wie
das
des
Einschlusskapazität
wässrigen
für
Innenraumes.
hydrophile
Moleküle.
Daraus
LUV
resultiert
haben
eine
geringe
dagegen
nahezu
spannungsfreie Membranen und damit eine höhere Lagerstabilität. Im Vergleich zur
eingesetzten Lipidmenge weisen sie eine höhere Beladungskapazität für hydrophile
Wirkstoffe auf. OLV und MVV zeigen aufgrund der erhöhten Anzahl von
Lipidlamellen häufig eine verzögerte Freisetzung eingeschlossener Wirkstoffe, was zur
Erzielung von Depoteffekten ausgenutzt werden kann.
Die ersten Arbeiten an Lipidvesikeln wurden im frühen 20. Jahrhunderts durchgeführt.
Bereits 1911 konnte bei Untersuchungen zu Flüssigkristallen unter dem Mikroskop
beobachtet werden, dass sich aus Phospholipiden und Wasser spontan Vesikel bilden
56
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
(Lehmann
1912).
Seit
den
60iger
Jahren
des
20.
Jahrhunderts
wurden
Phospholipidvesikel intensiv als Modelle biologischer Membranen erforscht (Bangham
und Horne 1964, Bangham et al. 1965, Papahadjopoulos und Miller 1967). Es wurde
erkannt, dass die Vesikel einen Anteil des wässrigen Lösungsmittels einschließen, dass
sie osmotisch aktiv sind und für verschiedene Moleküle und Ionen eine unterschiedliche
Permeabilität besitzen. In dieser Zeit etablierte sich der Begriff Liposom (Seissa and
Weissmann 1968). Später wurden die Liposomen auch als Träger für Arzneistoffe in
Betracht gezogen (Gregoriadis und Buckland 1973, Poste und Papahadjopoulos 1976).
Die vielseitigen Anwendungsbereiche der Liposomen beruhen auf den Möglichkeiten,
hydrophile Moleküle im wässrigen Innenraum zu verkapseln, amphiphile oder geladene
Moleküle an die Membranen zu adsorbieren und lipophile Moleküle in die inneren
Membranbereiche zu inkorporieren. Bei der Entwicklung von Liposomen als
Arzneistoffträger hoffte man zunächst, die Arzneistofftoxizität zu reduzieren und den
Arzneistoff gezielt am Wirkort freisetzen zu können. Ein solches Drug targeting nach
parenteraler Applikation sollte durch Modifizierung der Liposomenmembran, ihrer
Oberfläche und Ladung sowie durch die Variation der Lamellenzahl erreicht werden.
4.1.1 Lipidvesikel zur parenteralen Applikation
In den 60iger und 70iger Jahren des 20. Jahrhunderts wurden Proteine, Nucleinsäuren,
Vitamine sowie Steroide, vor allem aber antineoplastisch wirksame Arzneimittel
liposomal verkapselt (vgl. Arndt und Fichtner 1986). Zu den intensiv untersuchten
Wirkstoffen zählten unter anderem Cytarabin, Methotrexat, Bleomycin, Actinomycin D
oder Doxorubicin. Man hoffte dabei, dass Tumorzellen infolge ihrer erhöhten
Endozytoserate zur bevorzugten Aufnahme von Liposomen im Vergleich zu
Normalzellen befähigt seien. Diese Annahme ließ sich leider nicht bestätigen. Vielmehr
reichern sich größere Liposomen nach intravasaler Applikation meist innerhalb weniger
Minuten in Organen wie Leber und Milz an, in denen die Gefäßendothelien netzartig
durchbrochen sind und Löcher von etwa 100 nm aufweisen (Retikuloendotheliales
System = RES). Nur kleinere SUV können zu einem geringen Teil durch Lücken
zwischen den Endothelzellen der Kapillarwände aus dem Gefäßsystem ins umliegende
Gewebe gelangen. Der Grund für die Anreicherung der Liposomen im RES liegt in der
Adsorption von immunologisch aktiven Serumproteinen, den Opsoninen, an der
Oberfläche der Liposomen und die folgende Aufnahme in die phagozytierenden Zellen,
57
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
vor allem Gewebsmakrophagen. Diese erkennen Liposomen und andere Partikel
aufgrund des Opsonierungsmusters als fremd und eliminieren sie. Durch geeignete
Modifikation der Liposomenoberfläche konnte die Erkennung der Liposomen durch
Makrophagen unterdrückt und somit ihre Halbwertszeit im Blut verlängert werden.
Derartige Liposomen werden als Stealth Liposomen (Papahadjopoulos 1991, Allen et
al. 1991, Blume und Cevc 1992) oder Ninja Liposomen bezeichnet (Huang 1990). Die
Tarnwirkung wird durch die Kopplung von Polyethylenglycolresten an den Kopfbereich
der Lipide (Pegylierung) erzielt. Die Halbwertszeit von solchen modifizierten
Liposomen im Blut beträgt ca. 20 Stunden.
Der Wirkstoff Doxorubicin (Doxil®, Caelyx®) wird in derartigen Formulierungen
vermarktet. Vorteilhaft sind dabei die erhöhte Wirkdauer sowie die bessere
Verträglichkeit des Wirkstoffes im Vergleich zur nichtliposomalen Lösung.
Insbesondere vermindert sich die kardiotoxische Wirkung. Durch die langsamere
Freisetzung des Wirkstoffes können gefährlich hohe Plasmaspiegel-Spitzen vermieden
werden.
Die Liposomen in dem Doxorubicinpräparat Myocet® sind dagegen nicht pegyliert und
haben daher eine etwas kürzere Halbwertszeit von ca. 5 – 19 h, die aber immer noch
deutlich länger als die von freiem Doxorubicin ist. Auch diese Formulierung weist eine
verbesserte Verträglichkeit auf (Levine et al. 2004, Pharma Forum 2004). Der Wirkstoff
wird über einen durch Citronensäure hervorgerufenen pH Gradienten in diese
Liposomen inkorporiert (Li et al. 1998). Elektronenmikroskopische Bilder zeigen, dass
sich in den citrathaltigen Liposomen mit dem Doxorubicin Komplexe in Form linearer,
geschwungener
oder
zirkulärer
Faserbündel
ausbilden,
die
kaum
mit
der
Vesikelmembran in Wechselwirkung stehen.
Ein anderes Prinzip zur Erhöhung der Verweilzeit im Blutkreislauf wurde im Präparat
Daunoxome® mit Daunorubicin als Wirkstoff verwirklicht. Liposomen interagieren
nach parenteraler Applikation neben der Markierung mit den Opsoninen auch mit
Lipoproteinen, vor allem HDL, die durch Anlagerung und Lipidaustausch die
Liposomenmembran destabilisieren (Scherphof et al. 1978). Zur Verminderung dieser
Destabilisierung sowie der Opsonierung haben die Liposomen im Daunoxome® sehr
starre Membranen mit hohen Phasenübergangstemperaturen, da sie als Hauptlipid
Distearoylphosphatidylcholin (DSPC) mit gesättigten Fettsäureresten sowie einen hohen
Anteil von 50 % (mol/mol) Cholesterol enthalten. Dabei ist zu beachten, dass die
58
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Mikroviskosität
in
reinen
DSPC-Liposomen
höher
ist
als
in
gemischten
DSPC/Cholesterol Liposomen (vgl. Kapitel 5.4).
Tumorversorgende Blutgefäße zeichnen sich durch deutliche interzelluläre Spalten in
ihren Gefäßwänden aus und unterscheiden sich von normalen Blutgefäßen dadurch,
dass 20 – 25 % ihrer Endothelzellen durch Tumorzellen substituiert sein können (Petrak
und Goddard 1989, Baban und Seymour 1998, Berdel und Panse 2005). Die
Formulierung der Zytostatika in Liposomen mit kleinen Teilchengrößen (in
Daunoxome® z. B. ca. 50 nm) verbessert daher die Aufnahme der Wirkstoffe in die
Tumorzellen bei geringerer Verfügbarkeit in gesundem Gewebe. Es konnte gezeigt
werden, dass sich kationische Liposomen selektiv an aktivierten Endothelzellen von
tumorversorgenden Blutgefäßen sammeln (Schmitt-Sody et al. 2003). Es wird daher
versucht, antineoplastische Wirkstoffe wie z. B. Paclitaxel in kationischen Liposomen
zu formulieren und damit noch selektiver im Tumorgewebe freizusetzen (Gruber 2004).
Neben den bereits erwähnten Antineoplastika Daunorubicin und Doxorubicin sind
weitere liposomale Präparate mit Cytarabin (DepoCyt®), dem Schmerzmittel Morphin
(DepoMorphine®), dem Fungizid Amphotericin B (Ambiosome®, Abelcet®) sowie
Impfstoffe gegen Hepatitis A (Epaxal®) und Influenza (Inflexal®) auf dem Markt (vgl.
Lasic 1998). In den Präparaten DepoCyt® und DepoMorphine® kommt die DepoFoam®
Technologie zur Anwendung. Hinter diesem Begriff verbergen sich multivesikuläre
Liposomen bestehend aus mehreren internen, wässrigen Kompartimenten, die durch ein
zusammenhängendes Netzwerk aus Lipidmembranen voneinander getrennt sind (Katre
et al. 1998, Ye et al. 2000). Diese Vesikel haben eine Größe von etwa 1 bis 100 µm und
sollen als intramuskuläres oder subkutanes Depot den enthaltenen Arzneistoff über
einen Zeitraum von einigen Tagen bis mehreren Wochen hinhaltend freisetzen. Dies
ermöglicht eine deutliche Verbesserung der Lebensqualität für die Patienten und eine
erhöhte Therapiesicherheit, weil die Wirkstoffe nur noch alle zwei Wochen appliziert
werden müssen. Das lipophile Fungizid Amphotericin B ist in liposomaler
Formulierung vollständig in die Liposomenmembran integriert und bleibt dort auch
während der Blutzirkulation. Die Liposomen mit Amphotericin B bestehen aus
hydriertem Sojalecithin, Cholesterol und Distearoylphosphatidylcholin mit einer
Teilchengröße von unter 100 nm. Ähnlich wie beim DaunoXome® unterdrückt die
starre Membran die Opsonierung der Liposomen sowie den Lipidaustausch mit HDL.
59
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Die liposomale Verarbeitung dient vor allem dem Schutz der Patienten vor freiem
Amphotericin B, welches eine erhebliche Nephrotoxizität zeigt. In den beiden
Impfstoffen Epaxal® und Inflexal® werden die Hämagglutinine abgetöteter Viren in
Liposomen verankert, um die immunologische Antigenität zu erhöhen und die
Sicherheit des Impfstoffes zu verbessern (Gluck et al. 2002, Mischler et al. 2006).
Im Gegensatz zur parenteralen Gabe erscheint eine perorale Applikation von
Liposomen wegen ihrer Instabilität gegen Magen-pH-Werte, Enzyme im GIT Trakt
sowie den Gallensalzen im Dünndarm wenig sinnvoll. Günstiger sind dagegen die
Vorraussetzungen für eine topische Applikation der Liposomen sowohl auf der Haut als
auch am Auge.
4.1.2 Lipidvesikel zur dermalen Applikation
Viele
Studien
zeigen
deutlich
höhere
Absorptionsraten
sowie
stärkere
pharmakologische Effekte von Arzneistoffen, wenn diese in liposomaler Formulierung
anstatt in konventionellen Darreichungsformen wie z. B. Salben oder Cremes appliziert
wurden. Es konnte gezeigt werden, das sich wasserunlösliche Substanzen nach der
Applikation mit Liposomen in der Epidermis anreichern. Triamcinolonacetonid erzielte
liposomal verkapselt im Vergleich zu suspendiertem Wirkstoff 4-5 mal höhere
Konzentrationen in der Epidermis, gleichzeitig aber dreimal niedrigere Konzentrationen
im Thalamus (Mezei und Gulasekharam 1982). Die lokale Bioverfügbarkeit in der Haut
war demnach bei gleichzeitig verminderter systemischer Verfügbarkeit erhöht. Ähnliche
Ergebnisse konnten mit anderen Steroiden wie Dihydrotestosteron oder Hydrocortison
als Wirkstoff erzielt werden (Vermorken et al. 1984, Lasch und Wohlrab 1986, Wohlrab
und Lasch 1987, Wohlrab et al. 1989).
Liposomen wurden auch benutzt, um die dermale Bioverfügbarkeit von topisch
appliziertem Econazol zu erhöhen (Mezei 1993). Klinische Studien hatten gezeigt, dass
0,2 oder 0,5 proz. Econazol liposomal verkapselt genauso effektiv oder sogar stärker
wirksam
war
als
eine
1 proz.
Econazol
Creme.
Zusätzlich
konnte
die
Applikationsfrequenz verringert und die Patientencompliance verbessert werden. Diese
Zubereitung kam daher bereits 1988 als Pevaryl®-Lipogel für die lokale Behandlung
von Dermatomykosen auf den Markt.
60
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Der anästhesierende Effekt von topisch appliziertem Tetracain in multilamellaren
Vesikeln war im Vergleich zu einer konventionellen Creme deutlich ausgeprägter
(Gesztes und Mezei 1988). Auch die liposomale Applikation von Lidocain führte zu
einer verstärkten und verlängerten Wirksamkeit (Foldvari et al. 1990).
Liposomal verarbeitete Antibiotika wie Clindamycin und Tobramycin zeigten bei der
Behandlung der Akne oder anderen Hautinfektionen eine bessere Wirksamkeit als
Zubereitungen mit den freien Wirkstoffen (Price et al. 1990, Škalko et al. 1992). Eine
Einzeldosis der liposomal verkapselten Antibiotika konnte die Bakterienzahl stärker
reduzieren als wiederholte Applikationen der freien Wirkstoffe.
Liposomal verkapseltes Methotrexat wurde nach dermaler Applikation an Nacktmäusen
2-3 fach stärker in der Haut zurückgehalten als bei Anwendung einer einfachen Lösung,
während die systemische Verfügbarkeit bei den Liposomen deutlich niedriger lag (Patel
1985). Folglich bilden die Liposomen ein Depot, aus dem der Wirkstoff anhaltend
freigesetzt wird.
Nach topischer Applikation von Diclofenac in wässrigen Gelen mit hydrierten
Phospholipiden konnten deutlich erhöhte Konzentrationen des Wirkstoffes im Plasma
von Ratten und Menschen gemessen werden als nach der Applikation einer freien
Arzneistofflösung (Nishihata et al. 1987). Im Diclac® Schmerzgel wird Diclofenac 5 %
in einem Liposomengel vermarktet. Nach Informationen der Novartis AG permeierte
Diclofenac aus dieser Formulierung nach 8 h allerdings nicht stärker durch exzidierte,
haarlose Mehrschweinchenhaut als aus einer herkömmlichen Gelgrundlage oder aus
einem Diclofenac-Diethylammonium-Emulsionsgel (Voltaren® Emulgel), während das
Diclofenac-Diethylammonium-Emulsionsgel
nach
24
h
den
anderen
beiden
Formulierungen deutlich überlegen war (König und Zijlstra 2005). Allerdings stellt sich
die Frage der therapeutischen Relevanz der Messung eines 24 h-Wertes, da eine
Formulierung in der Praxis selten so lange auf der Haut verbleibt.
Die topische Applikation von liposomal verkapselten Enzymen zur DNA Reparatur ist
eine Strategie zur Prävention von Hauttumoren. Patienten mit Xeroderma Pigmentosum
(Mondscheinkrankheit, Lichtschrumpfhaut) haben einen autosomal rezessiv vererbten
genetischen Defekt von Endonukleasen, die zur Nukleotidexcision notwendig sind.
61
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Betroffene zeigen daher nach Sonnenlichtexposition eine mehr als 1000 fach erhöhte
Inzidenz maligner Hauttumore. Für viele Patienten verläuft die Erkrankung bereits im
Kindesalter tödlich. Durch das Sonnenlicht hervorgerufene DNA Defekte ließen sich in
Zellkulturen durch die intrazellulare Gabe der Endonuklease des Bakteriophagen T4
beheben (Tanaka et al. 1975). Der Bakteriophage T4 codiert deses Enzym in dem Gen
denV und expremiert es nach der Infektion seines Wirtes E. coli. Das Substrat des
Enzyms ist ein Cyclobutan-Pyrimidin-Dimer, welches nach Exposition von UV Licht
auf die Doppelbindungen der Pyrimidinbasen Cytosin und Thymin auftritt. Es bildet
sich dabei ein Cyclobutanring zwischen zwei benachbarten Pyrimidinbasen. Die
Endonuklease spaltet neben einem solchen Dimer den DNA-Strang und markiert die
Stelle für andere endogene DNA-Reparaturenzyme. Die T4-Endonuklease wurde in pHsensitiven sphärischen Liposomen mit einem Durchmesser von ca. 200 nm verarbeitet
und die Kombination als T4N5 Liposomen bezeichnet (Yarosh 2001). Nach Applikation
dieser Liposomen auf Maushaut ließ sich T4-Endonuklease in lebenden Schichten der
Epidermis nachweisen. Die topische Applikation eines T4N5 Hydrogeles auf die Haut
von Xeroderma Pigmentosum Patienten beschleunigte deutlich die Entfernung von
Cyclobutan-Pyrimidin-Dimeren (Yarosh et al. 1996). Darüber hinaus ließ sich mit dem
Gel das Neuauftreten von Hauttumoren bei solchen Patienten deutlich verringern
(Yarosh et al. 2001). Ebenso wie die T4-Endonuklease kann auch die DNA-Photolyase
Pyrimidin-Dimere entfernen, die unter Einwirkung von UV-Licht gebildet wurden
(Krutmann 2001). DNA-Photolyasen finden sich in verschiedenen Pflanzen, Tieren
sowie pro- und eukaryotischen Mikroorganismen (vgl. Schleicher 2001). DNAPhotolyasen aus der Blaualge Anacystis nidulans werden liposomal formuliert in der
Produktreihe Ladival® med zur Prävention und Linderung des Sonnenbrandes
vermarktet. Zusätzlich wird die günstige Wirkung der DNA-Endonukleasen dadurch
unterstützt,
dass
sich
die
lichtinduzierte
Erythem-Schwelle
der
Haut
nach
Vorbehandlung mit Liposomen verdoppelt (Thiele et al. 1993).
Auch eine verbesserte Penetration und Permeation von Interferonen konnte nach
topischer Applikation liposomaler Formulierungen festgestellt werden (Egbaria et al.
1990a, Short et al. 1995, Foldvari and Moreland 1997, Zolin et al. 2001). Dabei konnten
die Vorteile von Ceramidvesikeln gegenüber Liposomen demonstriert werden. IFN α
formuliert in Ceramidvesikeln penetriert zweimal stärker in die Haut als bei
Anwendung konventioneller Liposomen (Egbaria et al. 1990a). Untersuchungen mit
62
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
CsA in verschiedenen Formulierungen zeigen eine steigende Akkumulation des
Wirkstoffes im SC haarloser Maushaut in folgender Reihenfolge: Hautlipidvesikel >
Liposomen > o/w Emulsion > ethanolische Lösung (Egbaria et al. 1990b). Die
Permeation des CsA durch die Haut wird dagegen in einer anderen Reihenfolge
gefördert: ethanolische Lösung >> Liposomen > Ceramidvesikel > o/w Emulsion. Diese
Ergebnisse zeigen, dass CsA nach topischer Applikation in Vesikeln ein Depot im SC
bildet, aber nachweisbar nicht durch die Haut permeiert. Daher ist das Risiko
unerwünschter systemischer Wirkungen sehr gering. Die Penetration von CsA ins SC
humaner
Kadaverhaut
ex
vivo
zeigte
unter
Berücksichtigung
verschiedener
Vesikeltypen die Reihenfolge: Hautlipidvesikel (MLV) > Liposomen (MLV) ≈
Hautlipidvesikel (LUV) > Liposomen (LUV) >> Emulsion (Egbaria et al. 1991a). In
den tieferen Schichten dagegen war mehr CsA aus den Phospholipidvesikeln als aus den
Hautlipidvesikeln nachweisbar: Liposomen (MLV) > Hautlipidvesikel (MLV) >
Liposomen (LUV) > Hautlipidvesikel (LUV) >> Emulsion. Es kann geschlussfolgert
werden, das Ceramidvesikel den Wirkstoff stärker im SC zurückhalten als
Phospholipidvesikel. Die Penetration von CsA aus allen vesikulären Formulierungen
erfolgt allerdings deutlich stärker als aus konventionellen Emulsionen. Weiterhin zeigen
multilamellare
Vesikel
offenbar
leichte
Vorteile
gegenüber
unilamellaren,
möglicherweise durch höhere Löslichkeit des Wirkstoffes und dessen länger andauernde
Freisetzung.
Darüber hinaus zeigen Ceramidformulierungen einen ausgeprägten pflegenden Effekt.
Es konnte gezeigt werden, dass Vesikel mit Stratum corneum Lipiden die
Barrierefunktion
vorgeschädigter
Haut
beschleunigt
wiederherstellen
können
(Produktinformation Lipoid 2002, De Paepe et al. 2002). Dazu wurde die Haut gezielt
mit Aceton oder mit SDS-Lösungen entfettet. Es konnte gezeigt werden, dass
Formulierungen mit Ceramiden, Cholesterol und freien Fettsäuren sehr effektiv die
Hautbarrierefunktion von Kindern mit atopischem Ekzem wiederherstellen können
(Chamlin et al. 2001). Ceramidformulierungen ohne Cholesterol und freie Fettsäuren
konnten die Barrierefunktion allerdings auch stören (Mao-Qiang et al. 1993 und 1996).
Ein reduzierter Anteil von Ceramiden im Stratum corneum, vor allem ein Verlust der
Ceramide I, II und IV wurde für chronisch entzündliche Hautkrankheiten wie Psoriasis
und atopisches Ekzem beschrieben (vgl. Kapitel 2.1.1).
63
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
4.1.2.1 Wirkungsmechanismen dermal applizierter Lipidvesikel
Obwohl die penetrationsfördernden Wirkungen der Liposomen unbestritten sind, gehen
die Meinungen über das Zustandekommen dieser Wirkung recht weit auseinander.
Ursprünglich wurde angenommen, dass Liposomen das SC intakt durchqueren und in
der Haut ihren Inhalt nach und nach abgeben (Mezei 1985, Patel 1985). Andererseits ist
es bis heute nicht gelungen, intakte Lipidvesikel in tieferen Hautschichten als dem SC
nachzuweisen (van den Berg et al. 1998 und 1999, Honeywell-Nguyen 2003). Es konnte
aber mit Hilfe hydrophiler und lipophiler Fluoreszenzfarbstoffe visualisiert werden,
dass sich die Penetration von Liposomen auf das Stratum corneum beschränkt (Lasch et
al. 1991). Die Lipidvesikel penetrieren nicht in Blutgefäße. Nur der nicht
eingeschlossene Wirkstoff ist in der Lage, in Blutgefäße zu diffundieren (Mezei 1993).
Folglich müssen Wirkstoffe aus den Lipidvesikeln freigesetzt werden, um in tiefere
Hautschichten als das SC und in den Blutkreislauf gelangen zu können.
Viele Autoren gehen davon aus, dass die Lipide der Liposomen sich mit denen des SC
vermischen und damit die Penetrationsverbesserung durch eine verstärkte Hydratation
des SC über die hydrophileren Kopfgruppen der Phospholipide zustande kommt
(Egbaria und Weiner 1991b, Schubert et al. 1992). Es wurde beobachtet, dass der
Vermischungseffekt der Lipide bei Verwendung ceramidhaltiger Vesikel intensiver
ausfällt, da diese eine höhere Ähnlichkeit zu den Lipiden des SC aufweisen (Egbaria
und Weiner 1991b). Bei in vitro Versuchen konnten Liposomenlipide nachweislich in
Hautlipidvesikel eindringen, wenn man beide Vesikeltypen miteinander mischt (Blume
A. et al. 1993, Kirjavainen et al. 1999). Die eingedrungenen Lipide aus den Vesikeln
könnten die Anordnung der Lipide in den interzellulären Lamellen des SC stören und so
deren Mikroviskosität verringern. Es konnte eindeutig belegt werden, dass liposomale
Lipide unabhängig voneinander in das SC diffundieren (du Plessis et al. 1992a) und
dass Liposomen auf der Haut eintrocknen und ihre Vesikelstruktur verlieren (Schubert
et al. 1993). Dabei behalten multilamellare Liposomen ihre Integrität länger als
unilamellare Liposomen und sind Liposomen aus hydrierten Phospholipiden länger
stabil als solche aus unhydrierten Phospholipiden (Moll 2004). Infolge der durch den
Zerfall der Vesikel entstehenden Lipidschicht auf der Hautoberfläche könnten die
penetrationsfördernden Eigenschaften auch durch die Schaffung einer optimalen
physikochemischen Umgebung erklärbar sein. Denkbar wäre eine erhöhte Hydratation
des SC infolge des Mikrookklusionseffektes unter dem Lipidfilm (Jacobs et al. 1988).
64
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Die verstärkte Hydratisierung der Haut durch Liposomen führte zum intensiven
Gebrauch der Liposomen in der Kosmetik. Bei regelmäßigem Auftragen wird nach
7 Tagen eine maximale Hautfeuchtigkeit gemessen, die bis zum Ende der Applikation
beibehalten wird (Röding und Ghyczy 1991). Dabei muss allerdings beachtet werden,
dass eine lang anhaltende und hoch dosierte topische Applikation von Phospholipiden
auch zu Hautirritationen und zu Störungen im Lipidgleichgewicht des SC führen kann
(Produktinformation Natipide II 1996).
Zusammenfassend wurden im Wesentlichen drei Typen von Wechselwirkungen
zwischen Liposomen und Haut diskutiert: 1) Adsorption und Fusion von Vesikeln auf
und in der Haut, die zu einer verstärkten Hydratisierung des SC sowie erhöhter
thermodynamischer Aktivität und gesteigerter Penetration von Arzneistoffen führen,
2) Interaktionen intakter Vesikel mit den tieferen Schichten des SC, die zu erhöhter
Penetration von Arzneistoffen durch eine Störung der Barrierefunktion sorgen,
3) Penetration von Vesikellipiden in tiefere SC-Schichten, die sich dort mit den SCLipiden mischen und deren Struktur verändern.
Die Bedeutung des transfollikulären Transportweges für die Penetration von
Lipidvesikeln in die Haut wurde intensiv untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass
sich Fluoreszenzfarbstoffe formuliert in multilamellaren Liposomen deutlich stärker in
Haarwurzeln und Talgdrüsen des Hamsterohres ansammeln als gelöst in anderen
Formulierungen,
darunter
nichtliposomale
Phospholipidzubereitungen,
wässrige
Pufferlösungen pH 7,4, 0,05 proz. SDS-Lösung sowie 5 oder 10 proz. Mischungen aus
Ethanol/Wasser oder Propylenglycol/Wasser (Lieb et al. 1992). Bei der topischen
Applikation von liposomal verkapseltem IFN γ auf haarlose Maushaut, geringbehaarte
Humanhaut und haarreiche Hamsterhaut konnte ein konstanter Wirkstoffgehalt im SC
gemessen werden, während der in tieferen Hautschichten nachgewiesene Anteil von
0,3 % auf 0,6 % und 6,1 % anstieg (du Plessis et al. 1992b). Folglich erhöhte sich die
Penetration des Wirkstoffs in tiefere Schichten proportional zur Zahl der vorhandenen
Follikel. Der follikuläre Weg hat also bei der topischen Applikation einen nicht
unerheblichen Einfluss auf die lokale Bioverfügbarkeit liposomal applizierter
Arzneistoffe. Dies ließ sich auch für IFN α und CsA nachweisen, welche formuliert in
Niosomen im Vergleich zu Kontrollösungen höhere Konzentrationen in Haarfollikeln
und Talgdrüsen, aber auch in oberen SC Schichten aufwiesen (Niemiec et al. 1995).
65
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Dabei zeigte sich, dass Niosomen aus kürzerkettigen Diacylglyceriden im Vergleich zu
längerkettigen ebenso wie im Vergleich zu konventionellen Liposomen höhere topische
Bioverfügbarkeiten erzielten. Weiterhin erwies sich der Zusatz eines einkettigen
Polyoxyethylen-Alkylethers in den Niosomen als vorteilhaft, da er im Vergleich zu
Niosomen ohne diesen Zusatz zu einer erhöhten Durchlässigkeit der Haut führte. Es
konnte nachgewiesen werden, dass der Zusatz mizellbildender Tenside mit nur einer
Alkylkette die Mikroviskosität in der Vesikelmembran vermindern kann (van den Berg
et al. 2001).
4.1.2.2 Einfluss der Eigenschaften vesikulärer Formulierungen auf den
dermalen Wirkstofftransport
Es wurde intensiv untersucht, wie sich die Variationen von Liposomeneigenschaften auf
deren penetrationsverbessernde Fähigkeiten auswirken.
Der Einfluss der Partikelgröße wird unterschiedlich beurteilt. Ein indirekt
proportionales Verhältnis zwischen der Partikelgröße und der Penetrationsintensität
hydrophiler und lipophiler Farbstoffe wurde gefunden (Verma D. D. et al. 2003a). Die
höchste
Penetrationsintensität
und
größte
Eindringtiefe
wurde
mit
kleinen
Teilchengrößen zwischen 70 und 120 nm gemessen. Dieser Zusammenhang erscheint
aufgrund der größeren Oberfläche kleiner Vesikel und der verbesserten Eindringtiefe in
Spalten zwischen den Korneozyten oder Haarfollikel gut nachvollziehbar. Andere
Autoren kamen allerdings zu abweichenden Ergebnissen (Šentjurc et al. 1999, vgl.
Kapitel 5.4). Jedoch wurden auch in dieser Arbeit Partikelgrößen im Nanometerbereich
bevorzugt, so dass eine Teilchengröße von 200 nm als akzeptable Richtgröße für eine
dermale Vesikelformulierung erscheint.
Eine erhöhte Lamellenzahl führt zu verzögerter Freisetzung und erhöhter
Beladungskapazität. Eine hohe Konzentration von 30-50 % Phospholipiden in der
Formulierung erzeugt eine multivesikulare Matrix und kann zur Überführung der
Zubereitung in den halbfesten Zustand benutzt werden (Tardi et al. 1998).
Der Einfluss des Zetapotenzials von Liposomen auf die Penetration von Wirkstoffen in
die
66
Haut
wurde
untersucht.
Dabei
zeigten
positiv
geladene
Vesikel
aus
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Phospholipid/Tween® 20 Mischungen (sogenannte Flexosomen®) eine signifikant
höhere in vitro-Penetration als negativ geladene oder neutrale Vesikel (Song und Kim
2006). Als kationisches Lipid wurde 1,2-Dioleoyl-3-trimethylammonium-propane
(DOTAP) eingesetzt. Eine erhöhte lokale Bioverfügbarkeit von Arzneistoffen am Auge
konnte auch mit kationischen Liposomen zur ophthalmologischen Applikation erzielt
werden (vgl. Kapitel 4.1.3). Es kann daher davon ausgegegangen werden, dass
kationische Vesikel zu verstärkter elektrostatischer Adsorption auf den negativ
geladenen Epithelien des SC oder der Cornea führen.
Liposomen erhöhen die Penetration hydrophiler Farbstoffe ins SC nicht nur dann, wenn
der Farbstoff im inneren wässrigen Vesikelkompartiment vorliegt, sondern auch, wenn
er ausschließlich in der umgebenden wässrigen Phase gelöst ist (Verma D. D. et al.
2003b). Dies lässt sich durch die generell durch Liposomen erhöhte Hydratisierung des
SC erklären, könnte aber auch eine Folge der Assoziation solcher Farbstoffe an einzelne
Lipide oder die äußere Vesikelmembran sein. Der Farbstoff ließ sich allerdings in
größeren Tiefen (auch in lebender Epidermis) nachweisen, wenn er im hydrophilen
Innenraum gelöst war. Eine Entfernung uneingeschlossener Wirkstoffe aus den
Formulierungen für eine topische Applikation erscheint jedenfalls nicht ratsam.
Cholesterol gilt im Allgemeinen als Membranstabilisator. Es ist aber zu beachten, dass
Cholesterol die Membranviskosität nur oberhalb der Phasenübergangstemperatur
erhöht, darunter aber verringert (Oldfield und Chapman 1972, Coderch et al. 2000).
Beim Überschreiten der Phasenübergangstemperatur ist der Abfall der Mikroviskosität
deutlich vermindert, wenn Cholesterol in der Membran enthalten ist. Gleichzeitig
verbreitert sich der Bereich der Phasenübergangstemperatur. Cholesterol vermindert die
Destabilisierung parenteral applizierter Liposomen durch HDL (vgl. Kap. 4.1.1). In
natürlichen cholesterolhaltigen Membranen können sich auf der extrazellulären Seite
abgegrenzte Lipiddomänen hoher Ordnung bilden, die wie Flöße auf der Membran
schwimmen und daher als lipid rafts bezeichnet werden (vgl. Löffler 2003). Die lipid
rafts enthalten außer dem Cholesterol eine große Anzahl gesättigter Phospho- und
Sphingolipide und tragen oftmals Glykosyl-Phosphatidyl-Inositol-verankerte Proteine.
Ein signifikanter Transport liposomal verkapselter hydrophiler Spinsonden in die Haut
konnte nur beobachtet werden, wenn mindestens 30 mol % Cholesterol im Bilayer
enthalten war (Vrhovnik et al. 1998). Dies zeigt auf der einen Seite, dass die
67
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
gleichzeitige Anwesenheit von verschiedenen Lipiddomänen in Vesikelmembranen
einen entscheidenden Einfluss auf die Wirkstoffpenetration haben könnte. Andererseits
scheint aber auch die durch Cholesterol erhöhte Mikroviskosität von Membranen
oberhalb ihrer Phasenübergangstemperatur für dieses Ergebnis wichtig zu sein. Ein
Zusammenhang zwischen hoher Mikroviskosität und erhöhter Penetration liposomal
verkapselter Spinsonden in die Haut wurde auch von anderen Autoren gefunden
(Coderch et al. 2000).
Im Gegensatz dazu sehen viele Autoren allerdings eher einen Zusammenhang zwischen
niedriger Mikroviskosität und gesteigerter Wirkstoffpenetration und -permeation. Es
wurde die Fähigkeit von Natriumcholat, Didecanoylphosphatidylcholin, Tween® 20,
oder anderen Tensiden vor allem mit kurzen Alkylketten untersucht, sehr gut
deformierbare Vesikel mit Phosphatidylcholin auszubilden (sogenannte Transfersomen®
oder Flexosomen®). Es konnte gezeigt werden, dass solche Vesikel sowohl die lokale
als auch systemische Verfügbarkeit von Glukokortikoiden erhöhen (Cevc et al. 1997).
CsA verkapselt in gemischten Phosphatidylcholin/Natriumcholat Vesikeln permeierte
durch exzidierte Maushaut (Guo et al. 2000). Sogar die Permeation von großen
hydrophilen Peptiden wie Insulin in therapeutischen Mengen durch intakte Humanhaut
wurde beschrieben (Cevc et al. 1998). Cholatvesikel wurden auch als transdermaler
Carrier für antioxidative Enzyme wie Superoxid Dismutase oder Katalase genutzt
(Simoes et al. 2004). Die eingesetzten Tenside sollen sowohl die Liposomen als auch
die Hautlipide während des Durchtritts der Lipidaggregate fluidisieren. Die Vesikel
sollen sich deshalb durch Poren pressen können, die kleiner als ein Zehntel ihres
Durchmessers sind. Die treibende Kraft für das Passieren von Poren soll die hohe
Affinität der Vesikel zu tieferen Hautschichten mit ihrem deutlich höheren
Wassergehalt im Vergleich zur relativ trockenen Hautoberfläche sein (Cevc 1992). Der
Wassergehalt im Stratum corneum beträgt etwa 15-20 %, während im Stratum
granulosum etwa 70 % gemessen werden. Unter nichtokklusiven Bedingungen sollen
daher nach dem Eintrocknen der topisch aufgetragenen Formulierung die intakten
Vesikel wegen ihrer guten Deformierbarkeit die Haut durch sogenannte tunnelähnliche
Regionen passieren. Nach der Applikation von Fluoreszenzfarbstoffen in fluiden
Vesikeln konnten die tunnelähnlichen Regionen visualisiert werden (Van den Berg et al.
1999). Sie erscheinen als maschendrahtähnliches Netzwerk mit einem Abstand von
etwa 5 µm im Stratum corneum, aber in tieferen Schichten als dem SC war kein
68
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Fluoreszensfarbstoff nachweisbar. Die Applikation der Fluoreszensfarbstoffe in rigiden
Vesikeln führte dagegen zur Sichtbarmachung der polygonalen Korneozytenstruktur.
Offenbar führen die fluiden Vesikel zu einer Änderung der Struktur im SC, die den
Penetrationsweg von Fluoreszenzfarbstoffen verändern. Die fluiden Vesikel reduzierten
offenbar
die
Bindungskraft
zwischen
den
Korneozyten,
wobei
in
elektronenmikroskopischen Bildern weniger Desmosomen sichtbar wurden. In der
lebenden Epidermis blieben solche Strukturänderungen jedoch aus. Intakte Vesikel
waren nur in den obersten 3-4 Schichten des SC sichtbar, die Lipide aus den Vesikeln
aber auch in deutlich tieferen Schichten. Die verstärkte Akkumulation von Vesikeln in
tunnelähnlichen Regionen konnte auch von anderen Autoren bestätigt werden, wobei
der Nachweis intakter Vesikel unterhalb des SC ebenfalls nicht möglich war
(Honeywell-Nguyen et al. 2003). Es wurde die Hypothese aufgestellt, dass die
tunnelähnlichen Regionen Störstellen in den interzellularen Lipidlamellen in Bereichen
mit wellenförmigen Lipideinschlüssen sind.
Es konnte gezeigt werden, dass Ceramid- und Phospholipidvesikel im Gelzustand auf
der Hautoberfläche ausgedehnte Schichten- und Bilayerstapel ausbilden, während
flüssigkristalline Vesikel nicht fusionierten und keinerlei Adsorption zeigten (van den
Bergh et al. 1999). Trotzdem bewirkten die flüssigkristallinen Vesikel deutliche interund intrazellulare Interaktionen in tieferen Schichten des SC, während bei Vesikeln im
Gelzustand nur nach Zusatz des hydrophilen Cholesterolsulfats schwache interzellulare
Interaktionen beobachtet werden konnten. Folglich verstärkt eine hohe Mikroviskosität
von Vesikelmembranen eher deren Adsorption auf der Haut und damit die
Hydratisierung des SC, während eine niedrige Mikroviskosität eher zur Fluidisierung
tieferer Schichten des SC und damit zu einer Verminderung von dessen
Barrierefunktion führt. Daher könnte die Variation der Mikroviskosität in den
Vesikelmembranen ein Instrument sein, um die Akkumulation von Wirkstoffen auf die
Haut zu beschränken oder eine systemische Verfügbarkeit zu ermöglichen.
Der Einfluss von Ethanol auf die Penetration liposomal verkapselter Wirkstoffe wurde
untersucht. Ein Zusatz von 32 % (w/v) führte zu einer um Faktor 4-7 gesteigerten
Permeation von hydrophilen Modellarzneistoffen wie Sotalol oder Natriumsalicylat
durch humane Kadaverhaut, während die Permeation des lipophileren Propranolols
kaum beeinflusst wurde (Kirjavainen et al. 1999). Darüber hinaus konnte nachgewiesen
werden, dass Modellvesikels aus humanen SC-Lipiden durch Behandlung mit
69
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
ethanolhaltigen Liposomen zum Zerreißen neigen. Folglich könnte in Anwesenheit von
Ethanol die Mischung der Liposomenlipide mit den Lipiden des SC erhöht und daher
dessen Barrierefunktion stärker gestört sein als ohne Ethanol. Liposomen zeigten eine
gesteigerte Akkumulation des Wirkstoffs CsA im SC frisch exzidierter Humanhaut,
wenn 10 oder 20 % Ethanol in der wässrigen Phase enthalten war (Verma D. D. und
Fahr 2004). Die ethanolhaltige Vesikel wurden als Invasomen bezeichnet (Verma D. D.
2002).
Es wird die Frage erörtert, ob die positiven Wirkungen von Phospho- und
Sphingolipiden auf der Haut zwingend an vesikuläre Strukturen gebunden ist oder ob
deren bloße Anwesenheit in der Formulierung zum gleichen Ergebnis führt (Daniels
2001). Es ist vorstellbar, dass die Fusion von Lipiden der Formulierung mit denen des
SC auch aus nichtvesikulären Strukturen stattfindet. Zugelassene Produkte deklarieren
oftmals nur das Lipid (meist Phosphatidylcholin) als Hilfsstoff und nicht die vesikuläre
Struktur, was möglicherweise aber auch nur das Zulassungsverfahren vereinfachen soll.
Hametum® Creme mit Hamamelisextrakt wird zur Behandlung entzündeter Haut
eingesetzt, wobei das PC in eine o/w Emulsion eingearbeitet wurde (vgl. Ghyczy 1998).
Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass konventionelle Liposomen bzw. PC
als Hilfsstoff vor allem zu einer Anreicherung von Arzneistoffen in der oberen
Epidermis
bei
gleichzeitig
geringerer
systemischer
Verfügbarkeit
führen.
Ceramidvesikel bauen im Vergleich zu Liposomen ein höheres Wirkstoffdepot im
Stratum corneum auf, verstärken die Fusion von Vesikellipiden mit denen des Stratum
corneum, haben eine bessere Verträglichkeit und verringern die systemische
Bioverfügbarkeit von Arzneistoffen. Die penetrationsfördernden Wirkungen von
Lipidvesikeln können durch kleine Partikelgrößen von ca. 100-200 nm, ein positives
Zetapotenzial sowie durch Zusatz von Ethanol in der hydrophilen Phase verstärkt
werden. Cholesterol in der Membran erhöht die Membranstabilität, sorgt aber auch für
das Vorhandensein verschiedener Lipiddomänen in der Membran, die für die
Wirkstoffpenetration
einen
Mikroviskosität
Vesikelmembran
der
Wirkstofftransport.
70
wichtigen
Einfluss
fördert
haben.
vor
allem
Eine
den
sehr
niedrige
transdermalen
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
4.1.3 Lipidvesikel zur ophthalmologischen Applikation
Mit der ophthalmologischen Applikation von Liposomen konnten in den meisten Fällen
eine verbesserte okuläre Verfügbarkeit sowie verlängerte Wirkdauer verschiedener
Arzneistoffe im Vergleich zu Lösungen oder Suspensionen erzielt werden.
Der Effekt der liposomalen Verarbeitung des hydrophilen Antibiotikums Penicillin G
und des lipophilen Indoxol wurde im Vergleich zur freien Lösung bzw. einfacher
Solubilisierung mit Polysorbat 80 untersucht (Schaeffer und Krohn 1982). Dabei wurde
ein vierfach erhöhter Flux von Penicillin G durch isolierte Kaninchencornea festgestellt,
wenn die Liposomenmembran mit Stearylamin positiv aufgeladen wurde. Folglich ist
die erste Interaktion zwischen der negativ geladenen Corneaoberfläche und den positiv
geladenen Liposomen eine elektrostatische Adsorption. Die Penetration erhöht sich,
weil der Wirkstoff leichter über die adsorbierte Vesikelmembran in die Membranen der
Epithelzellen übertreten kann. Signifikant höhere Wirkstoffkonzentrationen konnten bei
Applikation von liposomal verkapseltem Triamcinolonacetonid im Vergleich zu einer
einfachen Suspension des Wirkstoffes in verschiedenen Geweben des Auges gemessen
werden
(Singh
und
Mezei
1983).
Das
hydrophile
Antibiotikum
Dihydrostreptomycinsulfat zeigte allerdings verkapselt in Liposomen eine niedrigere
okulare Bioverfügbarkeit als aus einer freien Lösung, wobei unter den liposomalen
Zubereitungen die positiv geladenen die höchsten Konzentrationen erzielten (Singh und
Mezei 1983). Eine verlängerte Wirkdauer von liposomalem Atropin konnte im
Vergleich zur freien Lösung im Kaninchenauge nachgewiesen werden, wobei die
Wirkdauer bei positiv geladenen Liposomen am längsten anhielt (Meisner et al. 1989).
Es wurde versucht, die Effektivität von Pilocarpinnitrat durch Verkapselung in
Liposomen zu erhöhen, auf die zusätzlich ein mucoadhäsiver Überzug aus Carbopol
1342 aufgebracht wurde (Durrani et al. 1992). Allerdings führte der Überzug in vitro zu
einer verzögerten Freisetzung des Wirkstoffes. Die überzogenen Liposomen führten am
Kaninchenauge zu erhöhten AUC-Werten im Kammerwasser sowie zu einer
verlängerten Wirkdauer im Vergleich zu einer Lösung der gleichen Konzentration des
Wirkstoffes in Phosphatpuffer. Der Effekt von topisch applizierten Liposomen mit CsA
auf die Abstoßungsreaktion nach allogener Corneatransplantation wurde an einem
Rattenmodell untersucht (Milani et al. 1993). Die mittlere Transplantatüberlebenszeit
war dabei gegenüber der Behandlung mit CsA gelöst in Olivenöl, Leerliposomen sowie
unbehandelten Tieren deutlich erhöht. Die Ergebnisse mit liposomal verkapseltem
71
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Tacrolimus (Pleyer et al. 1993, Whitcup et al. 1998) werden in Kapitel 5.9 detailliert
diskutiert. In beiden Untersuchungen bestanden die Liposomenmembranen aus den
Lipiden Phosphatidylcholin/Phosphatidylserin im Verhältnis 7:3. Die corneale
Penetration und Absorption von Aciclovir verkapselt in geladenen liposomalen
Systemen wurde untersucht (Law et al. 2000). Stearylamin und Dicetylphosphat wurden
benutzt, um eine positive bzw. negative Ladung der Liposomen zu erzielen. Kationische
Liposomen zeigten in vitro eine geringere Wirkstoffpenetration als anionische oder eine
freie Lösung. Demgegenüber ließ sich mit kationischen Liposomen in vivo eine deutlich
gesteigerte okulare Bioverfügbarkeit von Aciclovir sowie ein Depoteffekt in der Cornea
nachweisen. Morphologische Untersuchungen zeigten eine geschlossene Schicht positiv
geladener Liposomen auf der Corneaoberfläche, die zu einer verlängerten Kontaktzeit
der Liposomen mit der Cornea führten. Es kann geschlussfolgert werden, dass
kationische Liposomen über diesen Mechanismus zu erhöhter Permeation von Aciclovir
führen. Es verwundert daher nicht, dass positiv geladene Liposomen mit Aciclovir zu
deutlich höheren Kammerwasserkonzentrationen im Kaninchenauge führten als eine
Salbe oder eine freie Lösung (Chetoni et al. 2004). Trotz der deutlich geringeren
Aciclovir-Dosis von 0,18 mg bei Applikation der Liposomen war die KammerwasserAUC nur 1,6 mal kleiner als die AUC nach Applikation einer Dosis von 1,5 mg in der
Salbe. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Phospholipidvesikel mit Cholesterol und
kationischen Lipiden wie Stearylamin zur Erhöhung der okularen Bioverfügbarkeit
schwerlöslicher Arzneistoffe am Auge appliziert werden können.
Über die Fähigkeit zur Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe hinaus haben
Liposomen auch pflegende und entzündungslindernde Effekte am Auge. Es konnte
gezeigt werden, dass ein arzneistoffreies liposomales Augenspray die Symptome des
trockenen Auges im Vergleich zu rein wässrigen Augensprays signifikant besser lindern
kann (Lee et al. 2004). Dies wird damit erklärt, dass beim trockenen Auge neben der
fehlenden Tränenflüssigkeit bei 80 % der Patienten auch Defizite an Lipidbestandteilen
im Tränenfilm und an den Geweben festgestellt werden können. Das Augenspray wird
auf das geschlossene Auge aufgesprüht und wird unter dem Handelsnamen Tears again®
vermarktet.
72
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
4.2 Löslichkeitsverbessernde Arzneiformen zur
ophthalmologischen Applikation
Neben den Lipidvesikeln wurden weitere ophthalmologisch verträgliche Arzneiformen
auf ihre Eignung zur Solubilisierung von Sirolimus geprüft. Poloxamergele und eine
Mikroemulsion wurden außerdem zur Solubilisierung von Everolimus genutzt.
4.2.1 Cyclodextrinkomplexe
Cyclodextrine (CD) sind nichtreduzierende cyclische Oligosaccharide aus üblicherweise
6 bis 8 Glucoseeinheiten, die über 1,4-α-glykosidische Bindungen verknüpft sind. Die
Benennung der CD richtet sich nach der Anzahl n der Glucosemoleküle im Ring:
α: n = 6, β: n = 7, γ : n = 8. Die Herstellung der nativen CD erfolgt in der Regel auf
biotechnologischem Weg durch Hydrolyse von Stärke (vorwiegend Maisstärke) und
anschließende Cyclisierung unter Nutzung des bakteriellen Enzyms CyclodextrinGlykosyltransferase (CGTase). Die Eigenschaften der CD lassen sich durch
Substitutionen an den freien Hydroxylgruppen variieren. Auf diese Weise lassen sich
z. B. Methyl-, Hydroxyethyl-, Hydroxypropyl-, Succinyl-, oder Glucosylcyclodextrine
darstellen. In der Regel haben diese Derivate eine höhere Wasserlöslichkeit als die
nativen CD.
In Ph. Eur. 2005 werden drei CD-Derivate aufgeführt: Alfadex (natives α-CD) als
Cyclohexakis(1→4)-α-D-glucopyranosyl mit der Summenformel (C6H10O5)6 und einer
Molmasse
Mr
von
973,
Betadex
(natives
β-CD)
als
Cyclo-α-(1→4)-D-
heptaglucopyranosid mit der Summenformel (C6H10O5)7 und Mr von 1135 sowie
Hydroxypropylbetadex (HP-β-CD) mit der Summenformel C42H70O35 (C3H6O)x.
Der lipophile Innenraum der CD enthält je nach Derivatisierung unterschiedlich viele
Etherbrücken und Hydroxylgruppen. Die Polarität dieses Innenraumes wurde mit
derjenigen einer wässrig-ethanolischen Lösung verglichen (Loftsson und Brewster
1996). Molekülteile passender Dimension können in den von CD gebildeten, runden
und leicht konischen Hohlraum eingeschlossen und dort unter Verminderung der
Ringspannung durch hydrophobe Wechselwirkungen, van der Waals-Kräfte oder
73
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Wasserstoffbrücken fixiert werden (Davies 1988). Daher stehen in wässriger Lösung
freie Arzneistoffmoleküle im Gleichgewicht mit Arzneistoffmolekülen, die in den CDKomplexen eingeschlossen sind. Durch Fremdmoleküle können eingeschlossene
Arzneistoffe wieder aus den CD-Komplexen verdrängt werden.
CD und ihre Derivate sind selbst weitgehend untoxisch, können aber Bestandteile von
Zellmembranen, z. B. Cholesterol, Phosphatidylcholin, Sphingomyeline, Gallensalze
oder Proteine komplexieren (Bentley et al. 1997, Irie und Uekama 1997). HP-β-CD ist
das am häufigsten in opthalmologischen Zubereitungen eingesetzte Derivat. Nach ein
und mehrfacher Applikation in Konzentrationen bis 12,5 % konnte am Kaninchenauge
elektronenmikroskopisch keine Schädigung der cornealen Oberfläche festgestellt
werden (Jansen et al. 1990). Die dreimal tägliche Applikation einer 18 % Lösung wurde
von 9 Patienten über 28 Tage gut vertragen (Loftsson et al. 1996). Es kann wegen der
hohen strukturellen Ähnlichkeit davon ausgegangen werden, dass HP-γ-CD ähnlich gut
toleriert wird.
Aufgrund ihrer molekularen Ausdehnung und ihres hydrophilen Charakters können
biologische Membranen von CD Molekülen nicht oder nur in sehr geringem Ausmaß
durchdrungen werden. Lediglich für das kleine α-CD und das teilweise lipophile
Dimethyl-β-CD wurde eine begrenzte Fähigkeit festgestellt, durch Rindercornea zu
permeieren (Siefert 1998). Infolge des löslichkeitsverbessernden Effektes kann es in
vielen Fällen aber trotzdem zu einer gesteigerten okularen Bioverfügbarkeit
eingeschlossener Wirkstoffe kommen. Diese Substanzen treten aus dem Komplex direkt
in die Membran über, ohne vorher hydratisiert zu werden.
CD lassen sich auch zur retardierten Freisetzung von Arzneistoffen einsetzen und
können damit über die geringere Applikationsfrequenz zu einer besseren Compliance
beitragen. CD haltige Augentropfen mit 0,7 proz. Dexamethason zeigten sich in ihrer
Wirkung bei einmal täglicher Applikation im Vergleich zu einer dreimal täglich
applizierten 0,1 proz. Dexamethasonlösung gleichwertig oder sogar überlegen (Loftsson
et al. 2006).
Von den neueren Immunsuppressiva wurden bisher CsA und MMF (vgl. Kapitel
3.3.1.2) in cyclodextrinhaltigen Formulierungen am Auge getestet. 0,025 proz. CsA
74
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
konnte in einer wässrigen 4 proz. α-CD Lösung gelöst werden (Kanai et al. 1989). Diese
Formulierung
zeigte
gegenüber
anderen
eingesetzten
vorwiegend
lipophilen
Zubereitungen die geringste Toxizität und eine gesteigerte Wirkstoffpenetration in die
Cornea. Obwohl im Kammerwasser der Augen behandelter Kaninchen kein CsA
nachweisbar war, zeigte sich eine erhöhte Überlebenszeit von Corneatransplantaten.
0,075 proz. CsA gelöst in einer α-CD Lösung konnte zwar am Kaninchenauge eine
experimentell induzierte Uveitis vermindern, zeigte aber keinen Effekt am Rattenauge
(Sasamoto et al. 1991). Die Permeation von CsA durch isolierte Kaninchencornea
wurde zwischen einer α-CD Lösung, öligen Tropfen und einer Salbe verglichen (Cheeks
et al. 1992). Obwohl die CsA Konzentration in der CD Lösung etwa achtfach niedriger
lag, war die Permeation aus den Vehikeln vergleichbar hoch. Dies deutet einen
schwachen permeationssteigernden Effekt der CD-Moleküle an. In dieser Arbeit soll die
Löslichkeit von Sirolimus in 10 proz. wässrigen Cyclodextrinlösungen geprüft werden.
4.2.2 Hydrotrope Mischungen mit Kosolventien
Unter Hydrotropie versteht man eine starke Steigerung der Wasserlöslichkeit
hydrophober, meist organischer Verbindungen (Neuberg 1916). Dabei wird der
schwerlöslichen Substanz eine geeignete zweite Komponente zugesetzt, die selbst kein
Lösungsmittel ist und oft nur eine begrenzte Löslichkeit in Wasser aufweist. Diese
zweite Komponente nennt man hydrotrop. Hydrotrope Substanzen enthalten
üblicherweise hydrophile und hydrophobe Molekülteile, wobei der hydrophobe Teil zur
Bildung micellarer Strukturen typischerweise zu klein ist (Matero 2002). Hydrotrope
Stoffe sind gewöhnlich anionische Komponenten bestehend aus einem aromatischen
Ring, der mit einem Sulfat-, Sulfonat- oder Carboxylrest substituiert ist (Ho und Kraus
1982). Typische Beispiele für solche Verbindungen sind Natriumxylensulfonat (SXS),
Natriumbenzoat, 5-Methylsalicylat, 5-Ethylsalicylat oder Natrium-3-hydroxynaphthoat
(vgl. Schmölzer 2003, Bauduin 2005). Es können aber auch kationische oder neutrale
aromatische Verbindungen als hydrotrope Substanzen verwendet werden, z. B. pAminobenzoesäurehydrochlorid, Procainhydrochlorid, Resorcinol oder Pyrogallol
(Saleh 1985).
Es wird in Analogie zur Micellbildung angenommen, dass die hydrotropen Substanzen
gestapelte Aggregate aus planaren aromatischen Ringen bilden, die dann zur
Solubilisierung der schwerlöslichen Substanz beitragen können. Diese These eignet sich
75
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
allerdings nicht zur Erklärung der hydrotropen Eigenschaften von kurzkettigen
Natriumalkanoaten (Danielsson und Stenius 1971) oder Alkylsulfaten (Firman et al.
1985). Daher wurde anhand von Kristallstrukturuntersuchungen versucht, eine
alternative Organisationsstruktur zu belegen (Srinivas et al. 1997). Die hydrotropen
Substanzen formen demnach offene Stapel, die an lamellare Flüssigkristalle erinnern. In
diesen Flüssigkristallen liegen hydrophobe Cluster der unpolaren Regionen alternierend
mit den angrenzenden ionischen oder polaren Regionen in einem zweidimensionalen
Netzwerk aneinander. Trotz dieser Erkenntnisse wird die Konzentration der
hydrotropen
Substanz,
bei
der
ein
plötzlicher
Löslichkeitsanstieg
der
zu
solubilisierenden Substanz auftritt, in Analogie zur Kritischen Micell Konzentration
(CMC) als Minimale Hydrotrope Konzentration (MHC) bezeichnet (Balasubramanian
et al. 1989). Die MHC-Werte liegen aber mit ca. 1 M deutlich höher als die üblichen
CMC Werte von 10-2 bis 10-3 M.
Zur Steigerung der begrenzten Wasserlöslichkeit der hydrotropen Substanzen werden
oft als Kosolventien Lösungsmittel wie Ethanol, Propylenglycol oder Aceton benötigt.
Sirolimus konnte in hydrotropen Mischungen mit Kosolventien in Konzentrationen bis
zu 11,26 mg/ml eingearbeitet werden (Simamora 2001). Dabei wurden 1,5 – 5 proz.
Benzylalkohol (Mischbarkeit mit Wasser ca. 40 mg/ml) und 1,5 - 5 proz.
Natriumbenzoat/Benzoesäurepuffer (Wasserlöslichkeit Benzoesäure 3,4 mg/ml) als
aromatische hydrotrope Komponenten eingesetzt, die mit 10 proz. Ethanol und 40 proz.
Propylenglycol als Kosolventien in wässrigen Mischungen gelöst werden konnten. Die
Kosolventien allein erhöhten die Löslichkeit von Sirolimus um etwa zwei
Größenordnungen, der Zusatz der hydrotropen Substanzen noch einmal um 1-2
Größenordnungen. Hydrotrope Mischungen ähnlicher Zusammensetzung werden auch
vermarktet, um die Löslichkeit hydrophober Benzodiazepine in Injektionslösungen zu
verbessern (Badwan et al. 1982, Rote Liste 2006). In dieser Arbeit sollte untersucht
werden, ob sich die Konzentration der hydrotropen Stoffe sowie der Kosolventien auf
ein ophthalmologisch tolerierbares Maß reduzieren lässt, um Sirolimus in einer
Konzentration von 0,1 % in Lösung zu bringen.
4.2.3 Poloxamergele
Seit Anfang der 80er Jahre des zwanzigsten Jahrhunderts wurden PolyoxyethylenPolyoxypropylen (POE-POP) Block Polymere (Poloxamere oder Pluronics) als
76
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Gelbildner und Solubilizer zur Herstellung ophthalmologisch verwendbarer Lösungen
in Erwägung gezogen. Die Formulierungen aus diesen Polymertensiden sind gut
verträglich und optisch klar. Im Gegensatz zu Gelen aus anderen Polymeren zeigen
einige Poloxamergele konzentrationsabhängig mit steigender Temperatur im Bereich
zwischen 15 und 25 °C einen Übergang von einer flüssigen Lösung zu einem halbfesten
Gel. Poloxamerlösungen können daher nach der Applikation in situ halbfeste Systeme
bilden und so die corneale Verweildauer deutlich erhöhen. Poloxamer 407 zählt wegen
seiner geringen Toxizität zu den am häufigsten untersuchten Poloxameren in
Augengelen.
Der miotische Effekt von Pilocarpinnitrat formuliert in einem 25 proz. Poloxamer 407
Gel war am Kaninchenauge deutlich stärker und länger ausgeprägt als bei Verwendung
einer wässrigen Lösung (Miller und Donovan 1982). Gele verschiedener Poloxamere
konnten erfolgreich zur Solubilisierung des schwerlöslichen Mydriaticums Tropicamid
in einer neutralen Lösung eingesetzt werden, um so die Verträglichkeit im Vergleich zu
herkömmlichen Lösungen mit pH 5,0 zu verbessern (Saettone et al. 1988). Die okulare
Bioverfügbarkeit erwies sich aus beiden Formulierungen am Kaninchenauge und am
Auge des Menschen vergleichbar. Die Löslichkeit und Stabilität der Arzneistoffe
Chloramphenicol,
Indomethacin
und
Diclofenac-Na
konnte
in
10-20
proz.
Poloxamergelen im Vergleich zu wässrigen Pufferlösungen gesteigert werden
(Siebenbrodt und Keipert 1992). Die drei Arzneistoffe wiesen aus diesen
Formulierungen eine verzögerte in-vitro Freisetzung auf. Es konnten mit einem
Poloxamergel
im
Kammerwasser
von
Kaninchenaugen
deutlich
höhere
Indomethacinkonzentrationen erzielt werden als mit einer kommerziell erhältlichen
Indomethacinlösung (Chetoni et al. 2000). Darüber hinaus ließen sich mit dem Gel die
Symptome einer experimentell hervorgerufenen Uveitis schneller lindern.
Durch rheologische Messungen wurde nachgewiesen, dass sich durch das
Autoklavieren von Poloxamergelen deren Viskosität verringert (Siebenbrodt 1989). Es
konnte weiterhin gezeigt werden, dass die corneale Verweildauer mit steigender
Poloxamerkonzentration ansteigt und maximal etwas über eine Stunde betragen kann
(Edsman et al. 1998). Dabei wurde darauf hingewiesen, dass die starke
Konzentrationsabhängigkeit der Sol-Gel-Umwandlung in Verbindung mit der
Verdünnung der Zubereitung durch die Tränenflüssigkeit auch Probleme mit sich
bringt, z. B. im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit der Wirkung. Weiterhin ist eine
Applikation der Poloxamerlösung mit Kühlschranktemperatur notwendig, um die
77
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Tropfbarkeit sicher zu stellen. Durch die Kälte verursachte Irritationen der Augen
könnten für die lokale Bioverfügbarkeit negative Auswirkungen haben. Es gab daher
Versuche, die Sol-Gel-Umwandlung durch Mischungen verschiedener Poloxamere
sowie die corneale Verweildauer durch Zusatz des mucoadhesiven Polysaccharids
Natriumhyaluronat zu optimieren (Wei et al. 2002). Eine Formulierung aus 21 proz.
Pluronic F 127 und 10 proz. Pluronic F 68 war bis 25 °C fließfähig und bei
Körpertemperatur halbfest. Darüber hinaus blieb die Mischung bei 35 °C auch vor und
nach Verdünnung mit Tränenflüssigkeit bei ihrer hohen Viskosität. Der Zusatz des
Natriumhyaluronats verringerte allerdings die Festigkeit des Geles deutlich und brachte
daher keinen Vorteil für die Kontaktzeit im Vergleich zu dem oben genannten
optimierten Poloxamergel. Zur okularen Applikation von rekombinant hergestelltem
humanen Epidermalen Wachstumsfaktor (rhEGF) wurde eine HP-β-CD Lösung mit
einer Mischung aus 16 proz. Poloxamer 407 und 14 proz. Poloxamer 188 zu einem Gel
kombiniert (Kim et al. 2002). Die Stabilität des Proteins im Gel war durch die
Komplexierung mit den Cyclodextrinen bei 4 °C erhöht. Die in vitro Freisetzung von
rhEGF war im Vergleich zu einer einfachen Lösung verzögert und verlängerte sich bei
einer Erhöhung des rHEGF/CD Verhältnisses von 1:4 auf 1:20 noch weiter. Bei
Applikation am Kaninchenauge wurde mit den Gelen eine erhöhte AUC in der
Tränenflüssigkeit gemessen, was auf eine verlängerte Anwesenheit des rhEGF im
Bereich vor der Cornea hindeutet.
In dieser Arbeit sollte die Löslichkeit von Sirolimus und Everolimus in einem 15 proz.
Poloxamer 407 getestet werden.
4.2.4 Mikroemulsionen
Im Jahre 1943 wurde beobachtet, dass sich bei Zusatz eines Alkohols zu einer
Mischung aus Wasser, Öl und einer Seife definierter Konzentration transparente und
flüssige Systeme bilden (Hoar und Schulman 1943). Solche Systeme wurden später als
Mikroemulsion bezeichnet (Schulman et al. 1959). Mikroemulsionen sind klare bis
opaleszente, einphasige und niedrigviskose Systeme von ölartiger Konsistenz
(Danielson und Lindman 1981, Pfüller 1986, Ecclestone 1994). Sie bestehen aus einer
lipophilen Komponente, einem Tensid, einem Kotensid (meistens Alkohole wie
Propylenglycol oder Butanol) sowie einer hydrophilen Komponente (meistens Wasser).
Die
78
lipophile
und
die
hydrophile
Komponente
sind
im
eingesetzten
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Konzentrationsbereich nicht miteinander mischbar. Trotzdem sind Mikroemulsionen
thermodynamisch stabil. Selbst wenn eine Mikroemulsion bei höheren oder niedrigen
Temperaturen trüb wird und sich in ihre Komponenten zerlegt, bildet sie sich bei
Zimmertemperatur von selbst zurück. Diese selbstformenden Eigenschaften führen in
vorteilhafter Weise zu einfachen Herstellungsprozessen.
Mikroemulsionen werden auch als kritische Lösungen bezeichnet. Dieser Begriff
reflektiert, dass solche Systeme neben den Eigenschaften von Emulsionen (Streuung
von Laserlicht erlaubt häufig Messung von Teilchengrößen) auch Eigenschaften einer
Lösung besitzen (Arzneistoffe zeigen eine Sättigungslöslichkeit, aber keinen
Verteilungskoeffizienten
zwischen
lipophiler
und
hydrophiler
Phase,
Grenzflächenspannung ist nahe 0 mN/m, thermodynamische Stabilität). Das Öl ist in
Wasser gelöst wie auch das Wasser im Öl. Im Nanosekundenbereich bilden sich
Öltröpchen
und
zerfallen
unter
Bildung
wasserreicher
Bereiche
wieder.
Mikroemulsionen sind daher hochdynamische Systeme, deren Assoziate aufgrund der
hohen
Flexibilität
der
Grenzflächen
ständigem
Aufbrechen
und
spontanen
Reorganisationsprozessen unterworfen sind (Keipert et al. 1989). In Analogie zu
Makroemulsionen lässt sich anhand des Verhältnisses von Öl- zu Wasserphase in o/w
und w/o-Mikroemulsionen differenzieren. Bei Vorliegen etwa gleicher Anteile an öliger
und wässriger Phase bilden sich bikontinuierliche Systeme, bei denen sich beide
Bereiche
stärker
durchdringen
und
durch
eine
kontinuierliche
tensidreiche
Grenzflächenschicht getrennt sind. Auch der HLB-Wert eines Tensids als Maßzahl für
das Verhältnis von lipophilen und hydrophilen Gruppen im Molekül entscheidet
darüber, welcher Mikroemulsionstyp sich ausbildet. Bei HLB Werten von 4-7 bilden
sich w/o-Systeme, bei 9-20 eher o/w-Mikroemulsionen (vgl. Jahn 2002). Der HLB-Wert
ist insbesondere bei nichtionischen Tensiden stark temperaturabhängig. Daher wirkt
sich eine Temperaturerhöhung negativ auf die Stabilität von o/w-Mikroemulsionen aus,
da die hydrophilen Eigenschaften des Tensids abnehmen und eine Phaseninversion
eintreten kann.
Die begrenzte Anzahl physiologisch verträglicher Tenside sowie deren hohe benötigte
Konzentration sind limitierende Faktoren für die pharmazeutische Anwendung von
Mikroemulsionen. Es werden meist Lecithine oder Poloxamere als Tenside eingesetzt.
Durch den Herstellungsprozess bedingt können sich bei diesen Hilfsstoffen
Chargeninhomogenitäten ergeben. Da das Mikroemulsionsgebiet häufig nur einen sehr
79
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
engen Bereich im Phasendiagramm umfasst, kann ein Chargenwechsel dazu führen,
dass sich in der ursprünglichen Zusammensetzung keine Mikroemulsion mehr bildet
(Lawrence 1996).
Allerdings bieten Mikroemulsionen gerade für die ophthalmologische Applikation auch
entscheidende Vorteile: Transparenz, gute Tropfbarkeit, einfache Herstellung,
thermodynamische Stabilität, Löslichkeits- und Stabilitätsverbesserung eingearbeiteter
Arzneistoffe, Verbesserung der okulären Bioverfügbarkeit und selbstkonservierende
Eigenschaften bei mehr als 15 % Kotensid (Keipert 1997, Vandamme 2002). Durch den
hohen Tensidgehalt kann vor allem eine Erhöhung der cornealen Permeabilität erwartet
werden. Von besonderer Bedeutung ist die Bildung übersättigter Systeme durch
Wasseraufnahme. Ein lipophiler Wirkstoff zeigt in der wasserfreien Mischung der
Mikroemulsionskomponenten eine Sättigungslöslichkeit, die durch Aufnahme von
Wasser
absinkt.
Kristallisiert
der
Wirkstoff
beim
Überschreiten
der
Sättigungslöslichkeit nicht aus, so bilden sich übersättigte Lösungen mit hoher
thermodynamischer Aktivität. Der Wirkstoff hat dann ein hohes Bestreben, das System
schnellstmöglich zu verlassen. Die Bioverfügbarkeit schwerlöslicher Wirkstoffe aus
solchen Lösungen kann daher deutlich erhöht sein und mit einer verlängerten Wirkdauer
einhergehen.
In der Literatur wird seit Ende der 80er Jahre des 20. Jahrhunderts über die Entwicklung
ophthalmologisch verträglicher Mikroemulsionen berichtet. Für den relativ hydrophilen
Wirkstoff Timolol wurden lecithinhaltige o/w-Mikroemulsionen entwickelt (Gallerate et
al. 1988). Zur Erhöhung der Lipophilie des Arzneistoffes wurde Octansäure zugesetzt,
die mit Timolol ein Ionenpaar bildet. Auf diese Weise wird die Wirkung der Ölphase als
Reservoir zusätzlich verstärkt. Gleichzeitig führte die erhöhte Lipophilie des
Wirkstoffes zu einer leichteren Penetration des lipophilen Epithels am Kaninchenauge
und damit zu einer höheren lokalen Bioverfügbarkeit des Arzneistoffes (Gasco et al.
1989). Ein ähnliches Formulierungsprinzip konnte auch für Levobunol verwirklicht
werden (Gallerate et al. 1993).
Die schwerlöslichen Arzneistoffe Atropin und Indomethacin konnten in o/wMikroemulsionen mit den Tensiden Polysorbat 80 und Lecithin formuliert werden
(Siebenbrodt und Keipert 1991). Es konnte gezeigt werden, dass Indomethacin in dieser
Formulierung eine höhere Stabilität hat als in wässriger Lösung. Die schwerlöslichen
Arzneistoffe Chloramphenicol, Indomethacin und Diclofenac-Na wurden später in einer
80
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Mikroemulsion mit dem nichtionischen Tensid Poloxamer 184 verarbeitet (Siebenbrodt
und Keipert 1993). Alle drei Arzneistoffe zeigten bei in vitro Freisetzungstests durch
eine artifizielle Modellmembran ein verzögertes Freisetzungsprofil im Vergleich zu
wässrigen Pufferlösungen, aber eine schnellere Freisetzung als aus Augenölen.
Wahrscheinlich beeinflusst die Anwesenheit von Poloxameren die Freisetzungskinetik.
Die getesteten Formulierungen blieben bei Lagerung über 12 Monate bei 25 °C klar.
Zur Verbesserung der okularen Verträglichkeit wurden Mikroemulsionen mit
Saccharoseestergemischen als Tensiden entwickelt (Keipert und Schulz 1994). Im HET
CAM Test wurden diese Zubereitungen als nicht irritierend für Schleimhäute eingestuft.
Der Wirkstoff Pilocarpinhydrochlorid zeigte aus diesen Formulierungen eine um etwa
50 % verminderte Freigaberate durch eine Nephrophanmembran im Vergleich zu einer
wässrigen Kontrollösung. Pilocarpin wurde auch weiterhin recht ausführlich als
Modellarzneistoff für ophthalmologisch verwendbare Mikroemulsionen untersucht, weil
die Substanz in der Therapie des Glaukoms sehr gebräuchlich ist und die
pharmakologischen Effekte Miosis und verringerter Augeninnendruck experimentell
relativ leicht zugänglich sind. Bei Einarbeitung in eine Mikroemulsion mit Lecithin und
Miranol als Tenside konnte anhand des verringerten Innendruckes am Kaninchenauge
ein verzögerter Wirkungseintritt, aber dafür auch eine länger anhaltende und intensivere
Wirkung im Vergleich zu wässrigen Augentropfen nachgewiesen werden (Naveh et al.
1994). Dabei ließ sich auch am unbehandelten Kontrollauge ein gesenkter
Augeninnendruck messen, was auf einen systemischen Effekt hindeutet. Bei
Einarbeitung von Pilocarpinhydrochlorid in eine o/w Mikroemulsion auf der Basis von
Lecithin und Macrogol-1500-glycerolricinoleat konnte in vitro eine verzögerte
Freisetzung im Vergleich zu einer wässrigen Lösung festgestellt werden (Hasse und
Keipert 1997). Am Kaninchenauge ließ sich mit dieser Zubereitung ein längerer
miotischer
Effekt
messen
als
mit
wässriger
Arzneistofflösung,
wobei
die
Kammerwasser-AUC deutlich höher lag. Weder im Draize-Test am Kaninchenauge
noch im HET CAM Test konnte für diese Mikroemulsion eine Irritation festgestellt
werden, so dass ihr eine akzeptable Verträglichkeit bescheinigt werden kann.
Für die okulare Applikation von Vitamin A (Retinol) und seiner Ester wurden
verschiedene Mikroemulsionen mit Polysorbat 60 und 80 sowie Sojalecithinen als
Tensiden entwickelt und charakterisiert (Radomska und Dobrucki 2000). Die
erarbeiteten Formulierungen zeigten sich bei 20 °C über 6 Monate physikalisch stabil.
81
Solubilisierung schwerlöslicher Arzneistoffe
Für das lipophile Antibiotikum Chloramphenicol wurde mit den Tensiden
Sorbitanmonolaurat (Span 20) und Polysorbat 20 eine o/w Mikroemulsion ohne
Alkohole als Kotensid entwickelt (Lv et al. 2006). Der Wirkstoff war über drei Monate
Lagerzeit stabiler als in kommerziell erhältlichen Augentropfen, zeigte aber immer noch
deutliche Abbauerscheinungen. Alle Komponenten der Mikroemulsion waren als
Lebensmittelzusatzstoff zugelassen, so dass eine gute Verträglichkeit zu erwarten ist.
Ergebnisse von Verträglichkeitstudien wurden allerdings nicht gezeigt.
Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass Mikroemulsionen im Vergleich zu
wässrigen Lösungen am Auge zu einem verzögerten Wirkungseintritt, aber auch zu
einer längeren und intensiveren Wirkung führen. Sie lassen sich daher als
Retardarzneiform einsetzen.
82

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