Charakterisierung von schwerlöslichen Arzneistoff-Nanopartikeln hergestellt durch das RESS-Verfahren zur Verbesserung der Bioverfügbarkeit

Abstract

Fast die Hälfe der neu entwickelten Arzneistoffmoleküle der letzten Jahre mit vielversprechender pharmakologischer Wirkung stellen sich als schwerlöslich in Wasser heraus. Dies führt infolge einer langsamen Freisetzung zu einer unzureichenden Bioverfügbarkeit. Ein vielversprechendes Verfahren für die Herstellung kleinster Partikel bis in den Nanometerbereich stellt das RESS-Verfahren (RESS – Rapid Expansion from Supercritical Solution) dar. Es handelt sich um ein Verfahren, das die Eigenschaft überkritischer Fluide ausnutzt, Substanzen zu lösen. Der überkritische Feststoff wird dabei in einem überkritischen Fluid gelöst. Nach dem schnellen Entspannen der überkritischen Lösung durch eine Düse auf Umgebungsdruck kommt es durch spontane Phasenübergänge zur Bildung von Nanopartikeln. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass es möglich ist, mit Hilfe des RESS-Verfahrens unter Verwendung von überkritischem Trifluormethan stabile Griseofulvinnanopartikel herzustellen. Der Wirkstoff fällt in reiner Form, ohne Träger oder Begleitstoffe an. Aufgrund des Abscheidevorgangs auf dem Filter entstehen aus den Primärpartikeln mit einer Partikelgröße von 240 ± 80 nm Agglomerate mit einer schwammartigen Struktur, die eine große Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche ist mit 8,81 m²/g doppelt so groß wie die Oberfläche des auf herkömmlichem Wege mikronisierten Griseofulvin. Es kann weiter gezeigt werden, dass die Mikronisierung der Griseofulvinpartikel in den Nanometerbereich gemäß der Kelvingleichung zu einer Erhöhung der Sättigungslöslichkeit um 15 % führt. Die Erhöhung der Sättigungslöslichkeit führt neben der Vergrößerung der Partikeloberfläche gemäß der Beziehung von Noyes-Whitney zu einer Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit. Die Auflösungsgeschwindigkeitskonstante nach Hixson-Crowell kann durch das RESS-Verfahren verglichen mit auf herkömmlichem Wege mikronisiertem Griseofulvin um 23 % gesteigert werden. Dies führt letztendlich zu einer Erhöhung der Resorption, was mit Hilfe des Caco-2/TC-7-Zellmodells gezeigt werden kann. Da Griseofulvin passiv durch die Membranen der intestinalen Zellen transportiert wird, führt eine Erhöhung der Sättigungslöslichkeit und eine Erhöhung der Auflösungsgeschwindigkeit zu einer Erhöhung des Griseofulvintransportes. So zeigen die RESS-Partikel eine um 14 % erhöhte Arzneistoffkonzentration in der Akzeptorkammer, verglichen mit auf herkömmlichem Wege mikronisiertem Griseofulvin. Die physiko-chemische Charakterisierung der RESS-Griseofulvinzubereitung zeigt keinen Unterschied zum Ausgangsmaterial. So gibt weder die dynamische Differenzkalorimetrie noch die Raman-Spektroskopie Hinweise darauf, dass Griseofulvin aus dem RESS-Prozess in einer anderen Kristallinität vorliegt. Das Caco-2/TC-7-Zellmodell kann auch für die Untersuchung der Arzneistoffpermeation aus Arzneistoffcarrier, wie zum Beispiel feste Lipidnanopartikeln (SLN) herangezogen werden. Dazu werden griseofulvinbeladenen SLN, in das Dissolutionsmedium gegeben. Der aufgelöste Wirkstoff kann die Zellmembran passieren. Die Wirkstoffkonzentration kann dann im Akzeptormedium bestimmt werden. Erwartungsgemäß ist die Freisetzung und letztendlich die Permeation von Griseofulvin aus diesen Lipidcarriern geringer als die Permeation von partikulärem Griseofulvin.

Modern drugs are often insoluble or only slightly soluble in water. As a result the bioavailability is low. To overcome this problem, particle size of griseofulvin was reduced to nanoscale using the RESS-process (RESS – Rapid Expansion from Supercritical Solution). In this process, the drug is first solubilized in the supercritical fluid and further expanded in a chamber. Thus, particles in the nano to nanosize range were obtained. This work shows that it is possible to produce griseofulvin nanoparticles using the RESS-process with supercritical trifluoromethane. The primary particles obtained by the RESS-process were reduced to a size of approximately 240 ± 80 nm forming a spongy like structure. The resulting surface area is increased up to 8.81 m²/g. Micronization of the griseofulvin particles to nano size range exhibit an increasing of the saturation solubility due to the increasing of the dissolution pressure according to the Kelvin equation. The particles produced by the RESS-process showed also a 43 % higher dissolution rate according to Hixson-Crowell compared to the starting material. This finally leads to an increase in drug permeation across Caco-2/TC-7 monolayers and hence a better bioavailability. The thermal behaviour and the crystal properties remained unchanged as proved by differential scanning calorimetry and Raman-spectroscopy. The Caco-2/TC-7 cell model is also a suitable method to study the permeation of drugs releasing from drug carriers like solid lipid nanoparticles (SLN). For this study griseofulvin-loaded SLN were given to the dissolution media. The dissolved amount of griseofulvin is able to pass the Caco-2/TC-7 cell membranes. Griseofulvin concentration was measured at the acceptor media. The permeation of griseofulvin from SLN is lower than the permeation of particular griseofulvin.