Lipidnanopartikel als Arzneistoffträger für die pulmonale Applikation
In der vorliegenden Arbeit wurden erstmals Nanosuspensionen (SLN = solid lipid nanoparticles), bestehend aus einem natürlichen Triglyceridgemisch (Softisan 154) und Sojalecithin (Phospholipon 90G), auf ihr inflammatorisches und toxikologisches Potenzial untersucht. Diese Evaluierung wurde anhand von drei verschiedenen Modellen (in vitro, ex vivo und in vivo) dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nanosuspensionen bei pulmonaler Applikation bis zu einer deponierten Dosis von 200 µg toxikologisch unbedenklich sind. Nachdem die toxische Schwelle der SLN als potenzielles Arzneistoffträgersystem ermittelt worden war, konnte in einem nächsten Schritt der Modellarzneistoff Dexamethason in die SLN inkorporiert werden. Durch physikochemische Untersuchungen wurde festgestellt, dass für die SLN bei 1 % Arzneistoffeinarbeitung eine Einschlusseffizienz von annähernd 100 % vorlag. Nach Inkorporierung von Dexamethason stieg die Partikelgröße leicht an, während sich das Zetapotenzial nur unwesentlich veränderte. Im letzten Abschnitt der vorliegenden Arbeit wurden Aufnahmeuntersuchungen von SLN an verschiedenen Zelltypen durchgeführt. Damit die SLN in den Zellen identifiziert werden konnten, wurden sie mit einem Fluoreszenzfarbstoff markiert. Die Partikelgröße und das Zetapotenzial änderten sich nach Beladung der SLN mit den Farbstoffen nur marginal. Es konnte gezeigt werden, dass die Nanopartikel von alveolären Epithelzellen, Makrophagen und dendritischen Zellen aufgenommen wurden und sich in der Nähe des Zellkerns anreicherten. In einem abschließenden Versuch wurden die fluoreszenzmarkierten SLN als Aerosol an Mäuse verabreicht. Dabei zeigte die Untersuchung der regionalen Lymphknoten, dass SLN-positive Lymphozyten nachweisbar waren. Feste Lipidnanopartikel sind für den Einsatz als Arzneistoffträgersystem sehr viel versprechend, da sie eine hohe toxische Schwelle besitzen und die Möglichkeit beinhalten, Wirkstoffe zu adsorbieren bzw. zu inkorporieren.
The pulmonary route as an alternative, non-invasive approach for both local and systemic drug delivery is becoming increasingly relevant. The aim of the thesis was to investigate the therapeutic window of solid lipid nanoparticles (SLN) as a suitable inhalational drug delivery system. SLN consist of solid lipids in nanosized range dispersed in aqueous medium. The SLN used in the present thesis consist of naturally triglyceride mixture (Softisan 154) and soy lecithin (Phospholipon 90G) and these were investigated for their inflammatory and toxicological potential. To address these questions three different model systems were used (in-vitro, ex-vivo and in-vivo). The results of the in-vivo study revealed no toxicity upon pulmonary application up to deposited doses of 200 µg of these nanosuspensions. For further studies the model substance dexamethasone was incorporated. To determine the physicochemical properties of the nanoparticles after the encapsulation of the dexamethasone, the entrapment efficiency, the particle size and the zeta potential were analyzed. Entrapment efficiency of approximately 100% can be achieved by the encapsulation of 1% dexamethasone. After the incorporation the particle size slightly increased whereas the zeta potential changed marginally. In a further step the internalization of fluorescent-labeled SLNs into different cell types was detected in-vitro. Subsequent confocal microscopy showed that the nanoparticles were internalized in lung epithelial cells (A549), macrophages and dendritic cells. Moreover it was possible to detect an intracellular accumulation close to the nucleus. Finally the fluorescent-labeled SLNs were aerosolized to mice. The analysis of the lung associated lymph nodes demonstrated that SLN-positive lymphocytes were detectable. The results of the present thesis demonstrate that SLN are a promising drug delivery system for the lung because of the high dose tolerated and the possibility of drug incorporation and adsorption.
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