Development of Novel Semisolids for the Treatment of Chronic Skin Diseases

Abstract

Most chronic skin diseases are accompanied by a deficient skin barrier function and basic therapeutics are used to treat this. Formulations which are used for the maintenance therapy may contain emulsifiers and they are suspected to withdraw lipids from skin. This would worsen the conditions of diseased skin. Therefore, the aims of this PhD thesis are: (1) to analyze the capability of emulsifiers and formulations (that contain these emulsifiers) to extract lipids from the skin, (2) to investigate the lipid conformational changes after the treatment of emulsifiers and formulations and (3) to develop new formulations which do not withdraw lipids from the skin but rather to deliver them into it. This would substantially improve the skin conditions and the patients’ well-being. The present PhD thesis is generally divided into three parts: in the first and second parts, non-destructive and non-invasive confocal Raman microspectroscopy (CRM) was firstly employed to characterize lipid componential and conformational changes after emulsifiers and formulations treatment. Various emulsifiers showed distinct potencies to extract lipids and cause disordered lipid ordering, whereas investigated formulations did not lead to lipid reduction, but rather altered lipid conformation at different extent. Correlation between conventional methods and CRM was discussed. Based on the results in this study, CRM has the potential to be a standardized analytical method for skin lipids characterization with easy sample preparation and immediate analytical readout. In the third section, skin repair formulations, which aim at delivering physiological lipids into the skin to repair defective barrier function, were developed. Application of the creams led to substantially increased lipid levels in the lipid-deficient skin in ex vivo study. Twice-a-day application of skin repair creams provided a reinforcement of the skin barrier as transepidermal water loss (TEWL) was significantly decreased. As they are based upon monographed creams, they can be prepared in pharmacies and have a potential to be used as cream bases for individualised pharmacotherapy. This would be of interest to develop formulations for patients suffering from chronic skin problems, especially those that are characterized by impaired barrier function.

Die meisten chronischen Hauterkrankungen werden von einer mangelhaften Hautbarrierefunktion begleitet und werden oft mit Basistherapeutika behandelt. Formulierungen, die in der Basistherapie eingesetzt werden, können Emulgatoren enthalten und stehen im Verdacht, Lipide aus der Haut zu extrahieren. Dies würde den Zustand erkrankter Haut verschlechtern. Das Ziel dieser Arbeit ist, (1) die Fähigkeit von Emulgatoren (und Formulierungen, die diese Emulgatoren enthalten), Lipide aus der Haut zu extrahieren, (2) die Lipid-Konformationsänderungen nach der Behandlung mit Emulgatoren und Formulierungen zu untersuchen und (3) neue Formulierungen zu entwickeln, die Lipide nicht aus der Haut herauslösen, sondern sie vielmehr in diese abgeben. Dies würde den Hautzustand und somit das Wohlbefinden der Patienten wesentlich verbessern. Im ersten und zweiten Teil dieses Projekts wurde zunächst die zerstörungsfreie und nicht-invasive konfokale Raman-Mikrospektroskopie (CRM) zur Charakterisierung von Lipidkompositions- und Konformationsänderungen nach der Emulgator- und Formulierungsbehandlung untersucht. Die eingesetzten Emulgatoren unterscheiden sich im Extraktionsvermögen und ihrem Einfluss auf die Lipidordnung. Wohingegen die getesteten Formulierungen nicht zu einer Lipidreduktion führen, sondern zu einer veränderten Lipidkonformation. Im Vergleich zu etablierten Methoden hat sich die CRM als eine zuverlässige und effektive Alternative zur Quantifizierung von Hautlipiden und zur Beschreibung von Strukturveränderungen der Lipide bewährt. Durch einfache Probenvorbereitung und schnelle Dateninterpretation ist die CRM als standardisierte analytische Methode zur Charakterisierung der Hautlipide geeignet. Im dritten Abschnitt wurden Formulierungen entwickelt, die darauf abzielen, physiologische Lipide in die Haut zu bringen, um die defekte Barrierefunktion zu reparieren. Die hergestellten Formulierungen zeigen eine homogene Textur. Die Anwendung der Cremes führt in der Lipid-defizienten Haut im Vergleich zur Kontrolle in ex-vivo-Studien zu wesentlich erhöhten Lipidkonzentrationen. Die zweimal tägliche Applikation der entwickelten Cremes sorgt für eine Stärkung der Hautbarriere, wodurch der transepidermale Wasserverlust (TEWL) signifikant verringert wird. Da sie auf monographierten Grundlagen basieren, können sie in Apotheken hergestellt werden. Zusätzlich haben sie auch das Potenzial, als Basis für eine individualisierte Pharmakotherapie eingesetzt zu werden. Dies ist von Interesse, um Formulierungen für Patienten zu entwickeln, die an chronischen Hautproblemen leiden; insbesondere solche, die durch eine beeinträchtigte Barrierefunktion gekennzeichnet sind.