Abschlussprüfung Modern

Emulgatoren bringen 2 nicht mischbare Flüssigkeiten in eine Emulsion und stabilisieren diese.

Beispiel: Tween 60 (für O/W Emulsionen HLB 14,9) und Span 80 (für W/O Emulsion HLB 4,3)

Co-Tenside sind kleiner als normale Tenside und lagern sich zwischen Tensid und Partikel ein, wodurch die Oberflächenspannung herabgesetzt wird und die Bildung kleinerer Partikel möglich ist. Verstärken Emulgatorwirkung.

Beispiel: 2-Ethyl-1,3-hexandiol

O/W Emulgatoren: lösen sich in Wasser (der äußeren Phase) und umhüllt Öltröpfchen (innere Phase), sodass diese sich nicht mehr miteinander verbinden können. Erkennbar an den polaren Gruppen am Ende des Moleküls.

W/O Emulgatoren: lösen sich im Öl (äußere Phase) und hüllt die Wassertröpfchen (innere Phase) ein, sodass diese sich nicht mehr miteinander verbinden können.

-> Die Phase in der sich der Emulgator besser löst wird zur Außenphase.

-> Lipophile Emulgatoren bilden eher W/O und hydrophile Emulgatoren eher O/W Emulsionen.

• Erhöhung der Stabilität von empfindlichen Arzneistoffen

• Erhöhung der Bioverfügbarkeit von schlecht wasserlöslichen Arzneistoffen

• Drug targeting möglich

• geringere Nebenwirkungen

• gleichzeitige Einnahme von miteinander inkompatiblen Arzneistoffen möglich

• Verbesserung Wirkstofflöslichkeit

• Kontrolle über Wirkstofffreisetzung

• Schutz vor Umwelteinflüssen

• Maskierung von Geschmack/ Geruch

Photonenkorrelationsspektroskopie = dynamisches Streulichtverfahren

• Messzelle mit Laserlicht bestrahlt in der sich Dispersionsmedium mit Partikeln befindet

• Teilchen streuen das Licht und erzeugen Streulicht

• durch Brownche Bewegung stoßen sich LM-Moleküle ab

• Je nach Größe der Partikel bewegen sich diese langsam oder schnell

• Streulichtintensitäten werden von P Photomultiplier aufgenommen (= Detektor)

• Streulichtintensitätsänderung über Zeit gemessen

• Korrelator nimmt zu unterschiedlichen Zeiten Snapshots auf und vergleicht diese

-> Große Partikel: langsamer Abfall der Korrelationsfunktion

-> Kleine Partikel: schneller Abfall der Korrelationsfunktion

Kleine Partikel:

• hohe Diffusionskonstante

• schneller Abfall der Korrelationsfunktion

• bewegen sich schnell

• zu klein -> nicht messbar

Große Partikel:

• niedrige Diffusionskonstante

• langsamer Abfall der Korrelationsfunktion

• bewegen sich langsam -> nicht messbar wenn zu langsam

Kleine Partikel:

• hohe Diffusionskonstante

• schneller Abfall der Korrelationsfunktion

• bewegen sich schnell

• zu klein -> nicht messbar

Große Partikel:

• niedrige Diffusionskonstante

• langsamer Abfall der Korrelationsfunktion

• bewegen sich langsam -> nicht messbar wenn zu langsam

Obergrenze 3 μm

• Partikelbewegung zu langsam

• Korrelation fällt zu flach

• große Teilchen sedimentieren eher -> keine Messung möglich

Untergrenze 3 nm

• ungenügende Reflexion des Lichts

• kleine Teilchen streuen weniger Licht

• Signal nicht detektierbar

Nein, Ionen sich zu klein, um sie mit dieser Methode zu detektieren.

1. kleinere Partikel in hochviskosem Medium

   • kleine Partikel können sich mit steigender Viskosität langsamer bewegen und dadurch mit größeren Partikeln verwechselt werden

2. größere Partikel bei höheren Temperaturen

   • erhöhte Temperatur führt dazu, dass sich Partikel schneller bewegen. Größere Partikel können aufgrund ihrer schnellen Bewegung mit kleineren verwechselt werden

Hydro: bezieht sich auf die Flüssigkeit, da Partikel dispergiert in Medium vorliegen. Dynamisch: bezieht sich auf die Partikelbewegung.

Partikel sind von einer Hydrathülle umgeben, dadurch ist das Ergebnis immer ein wenig größer als der tatsächliche Radius.

Über Diffusionsgeschwindigkeit kommt man auf Diffusionskoeffizienten und damit auf hydrodynamischen Durchmesser der Partikel.

Traditionelle Formulierung und Mikroemulsion-Formulierung enthalten beide den stark lipophilen Arzneistoff Cyclosporin, welcher als Immunsuppressivum nach Organtransplantation dient.

Traditionelle Formulierung:

• mit fetten Ölen/ Alkohol als Lösungsvermittler für die orale Anwendung in Form eines Emulsionskonzentrats

• Konzentrat musste vor Gebrauch verdünnt werden

• führte zur Bildung einer groben, inhomogenen O/W Emulsion mit großer Tröpfchengröße

• Bioverfügbarkeit in vivo sehr stark variabel nach oraler Gabe (10% - 60%)

• toxische Nebenwirkungen (Blutspiegelpeaks < 1000 ng/ml)

Sandimmun Neoral/ Optoral:

• Mikroemulsion - Cyclosporin ist schon gelöst (liegt fein verteilt in homogener Mikroemulsion vor)

• Darreichungsform mittels Trinklösung oder Weichkapsel

• Verbesserung der oralen Bioverfügbarkeit -> schnellere, gleichmäßigere Resorption; bessere Steuerbarkeit

• geringere Inzidenz akuter Abstoßung

Hidrophilic-Lipophilic-Balance

Maß, das angibt wie hydrophil oder lipophil ein Emulgator ist.

• 0-10 lipophil

• 10-20 hydrophil

Makroemulsion:

• thermodynamisch instabil

• Tröpfchengröße ca. 10 μm

• makroskopisch inhomogen, trüb

• Energie zum Emulgieren benötigt

Mikroemulsion:

• thermodynamisch stabil

• kleine Teilchen ca. 10 nm

• makroskopisch homogen, klar

• spontane Bildung

schlecht lösliche Arzneistoffe solubilisieren -> Hydrocortison höhere Löslichkeit in Mikroemulsion als in rein alkoholischer Lösung

Es gibt wenige zugelassene Präparate, da die verwendeten Emulgatoren toxisch wirken können (zB.: Co-Tenside, die sich in die Doppelmembran unserer Zellen einlagern und diese auflösen).

Präparate:

• Sandimmun Optoral (Immunsuppressivum nach Organtransplantation)

• Lipitear (phospholipide Mikroemulsion, Wiederaufbau der Lipidschicht des Auges)

• gute Drug-delivery Systeme

• thermodynamische Stabilität

• können hydrophile/ lipophile Arzneistoffe einschließen

• Bioverfügbarkeit und Plasmahalbwertszeit können erhöht werden

• Solubilisierung schlecht löslicher Arzneistoffe

• Nachgewiesener Retardeffekt

• Bessere Resorption/ Penetration durch Hautbarriere

Nachteil: Tenside wirken toxisch, irritieren gastrointestinale Mukosa -> limitiert auf wenige Tenside

• Temperatur

• Viskosität des Mediums

  • zB. Glukoselösung ist viskoser als Wasser, Partikel können aufgrund der langsameren/ schnelleren Bewegung als größer bzw. kleiner eingeschätzt werden

Vesikuläre, kugelförmige Strukturen aus Phospholipiden.

• bildet Phospholipiddoppelschicht

• 25 nm bis einige μm groß

• hydrophiler Kopf und 2 lipophile Kohlenstoffketten

• Zusammenhalt durch nicht kovalente Interaktionen

Mizellen bestehen aus Tensiden, nicht aus Phospholipiden.

Der Innenraum ist lipophil und nicht hydrophil.

Nur eine einfache Schicht, keine Doppellipidschicht.

• Transpport von biologisch/ pharmazeutisch relevanten Stoffen in die Zelle

• Phospholipiddoppelschicht ähnlich unserer Zellmembranen -> eindringen in tiefe Hautschichten

• Empfindliche Arzneistoffe werden nach Applikation möglichst lange vor Metabolisierung geschützt

• Drug-targeting möglich

• Wirkstoffe können zeitlich verzögert freigesetzt werden

• geringere Nebenwirkungen

• Lipophiler AST mit Cholesterol (als Hilfsstoff) und Phospholipiden in org. LM lösen (z.B.: Dichlormethan)

• LM in einem Rundkolben am Rotavapor abdampfen

• Bildung eines Lipidfilms an Kolbeninnenseite

• Film im Vakuum trocknen

• Filmhydratisierung (30min) mit wässrigen Methylenblaulösung (bzw. Paclitaxel mit lipophilen LM und Ascorbinsäure mit hydrophilen LM) ohne Vakuum oberhalb der Phasenübergangstemperatur und unter Einwirkung von Scherkräften (-> Glasperlen)

Liposomen bilden sich.

Anschließend:

• Zentrifugation

• Überstand der zentrifugierten Proben wird photometrisch vermessen & Quantifizierung des verkapselten Wirkstoffanteils und Erstellen einer Eichgerade

• Extrusion = Zerkleinerung

o Hochdruckhomogenisation durch Spritze mit Polycarbonmembran / Spritzenvorsatzfilter wird durchgeführt, um eine einheitliche Größe der Partikel zu erhalten!

• Bestimmung der Patrikelgröße am Zetasizer mittels PCS

Lipophiler AST:

Lagert sich zwischen den hydrophoben Schwänzen (in die Lipiddoppelschicht) an → Einbettung in Lipidmembran.

Werden in lipophilen LM gelöst.

Hydrophiler AST:

Einschluss im hydrophilen Liposomeninneren / wässrigen Innenvolumen bzw. in den wässrigen Zwischenschichten der mulitlamellaren Vesikel.

Liposomen, Cholesterol & Phospholipide in org. LM lösen, LM abdampfen, Hydratisierung mit wässriger WST-Lösung. Werden in hydrophilen LM gelöst.

Für Scherkräfte; um den Phospholipidfilm der sich im Rundkolben gebildet hat zu lösen.

Verkleinert sie während Herstellung (da einzige Möglichkeit von außen einzugreifen und Liposomen zu zerkleinern und homogenisieren bis zur Extrusion durch Filter)

• Temperatur

• Druck

• Porengröße des Membranfilters

50-53°

• darunter sind Phospholipide gelartig bzw. starr

• darüber sind sie in flüssig-kristallinem Zustand

• notwendig für Liposomenbildung, damit die Lipidmembran flexibel genug ist

• Stabilisiert die Lipidschicht durch Verringerung der Membranfluidität und Wasserdurchlässigkeit

• Senkt die Phasenübergangstemperatur

Gibt die Größenverteilung der Partikel in einer Probe an.

Je höher, desto mehr verschiedene Partikelgrößen gibt es in der Probe.

Die durchschnittliche Gesamtgröße der Partikel in der Küvette, die gemessen wurde. Nur sinnvoll bei monodispersen Systemen und wenn die Quality in Ordnung ist.

1. Monomodale Verteilung = geringer Polydispersitätsindex, die Partikel sind alle ungefähr gleich groß

2. Dimodale Verteilung = höherer Polydispersitätsindex 2 unterschiedliche Partikelgrößen vorhanden

3. Polydispers = sehr breite Partikelgrößenverteilung

Für weitere Tests oder Verarbeitung würde das Beispiel mit der monomodalen Verteilung verwendet werden.

Das System ist nicht monodispers (Poly.Index nahe 1), daher ist einerseits die ZAVE nicht representativ für die Partikelgrößen, andererseits können die großen Partikel die kleinen überdecken.

• Vergleichbarkeit der Partikelgröße und PDI

• Gewährleistung einheitlicher Partikelgröße & einheitliche Wirkstoffansammlung

• Serumalbumin in MQ Wasser lösen

• Unter ständigem Rühren Ethanol langsam dazutropfen, bis eine anhaltende Trübung zu erkennen ist (Desolvatation)

• Anmerkung: V(Ethanol)=2*Ansatzvolumen

• 15-minütige Inkubationszeit am Magnetrührer (ohne Erhitzen)

• Zugabe von 80 μl Glutardialdehyd und wieder 60-minütige Inkubationszeit am Magnetrührer

• Dialyseschlauch mit warmem Wasser dehnen und auf einer Seite falten & verschließen

• Flüssigkeit hineinschütten und die zweite Seite vom Schlauch falten (mit möglichst wenig Luft drinnen) und verschließen

• In einem großen Becherglas Aqua dest. + 1 N NaOH füllen

• Magnetrührer und Nanopartikel-Wurst hineingeben

• Dialysemedium wurde 2-mal gewechselt

• Durch die osmotischen Effekte entfernt man Ethanol und Glutardialdehyd aus der Wurst und Wasser kommt hinein

• Nanopartikel entstanden

Ethanol dient als Desolvatationsmittel.

Albumin ist hydrophil und möchte den Kontakt zum Ethanol minimieren, indem es sich zusammenlagert (Verkleinerung der Oberfläche). Es bilden sich Albuminagglomerate und daher entsteht eine Trübung.

Glutardialdehyd dient als Quervernetzungsmittel und stabilisiert die gebildeten Nanopartikel.

Die Dialyse dient zur Entfernung des Ethanols und Glutardialydehyds, da diese Stoffe toxisch sind und im Endprodukt nicht enthalten sein dürfen. Dabei handelt es sich um die Diffusion von Teilchen durch eine semipermeable Membran. Die Proteine sind zu klein, um hinauszudiffundieren, aber kleine Moleküle wie Ethanol und Glutardialdehyd können durch die Poren des Dialyseschlauchs gelangen und wandern aufgrund des Konzentrationsgradienten zwischen Dialyseschlauch und Dialysemedium aus. Das Dialysemedium wird ausgetauscht, damit der Konzentrationsunterschied aufrecht erhalten bleibt.

• Partikelgröße bzw. Verhältnis der Partikelgröße zur Membran/Porengröße

• Dialysemedium (Zusammensetzung, Häufigkeit des Wechselns)

• Konzentrationsverhältnissen der Flüssigkeiten (Konzentrationsgradient)

• Volumenunterschied zwischen Dialysemedium und zu dialysierender Flüssigkeit

• Dauer (ca. 24h)

• Temperatur

• Rührgeschwindigkeit

Im trockenen Zustand sind die Nanopartikel länger stabil. Zudem kommt noch, dass sich an die trockenen Nanopartikel keine Mikroorganismen anlagern werden.

Bei der Gefriertrocknung von Proteinen aus einer wässrigen Lösung kann es zu Konformationsänderungen kommen (da die Hydrathülle des Proteins abgetrocknet wird). Die funktionellen Gruppen des Proteins gehen dann mit anderen Stoffen (zb miteinander) Wechselwirkungen ein, anstatt mit den Wassermolekülen und kann Protein schädigen bzw. zu Aggregaten führen. Ein Kryoprotektor ersetzt die Hydrathülle und schützt das Protein vor schädlichen Wechselwirkungen – sorgt auch dafür, dass die Proteinpartikel klein bleiben (erkennen mittels Zetasizer)

• Optimaler Bereich: 0,288 osmol/kg

• AB-Anforderung: 0,250-0,300 osmol/kg

• Schmerzfreier Bereich: 0,225-0,430 osmol/kg

Bei der NaCl-Lösung treten aufgrund der Ionen vermehrte Interaktionen der Partikel auf, was zu einem niedrigeren Zetapotential führt -> geringere Stabilität.

Glucose = Zucker und Mannitol = Zuckeralkohol, also nur Moleküle, es findet also keine Interaktion statt, was in einem höheren Zetapotential und somit höherer Stabilität resultiert.

Glucose und Mannitol sind viskoser als Wasser. Das bedeutet, dass sich die Partikel in diesen Medien langsamer bewegen. Der Partikeldurchmesser erscheint also größer, obwohl die Partikel eigentlich gar nicht größer sind.

Mittels Osmomat.

Nadel mit Eiskristallen taucht in die unterkühlte Probe ein (auf -7 °C). Dadurch kristallisiert die ganze Probe schlagartig aus und die Gitterenergie wird freigesetzt, wodurch die Temperatur spontan bis zur Kristallisationstemperatur ansteigt. Die Differenz zwischen Kristallisationstemperatur und Gefrierpunkt des Wassers entspricht der Gefrierpunktserniedrigung. Daraus wird dann die Osmolarität gemessen.

Qualitätskontrolle der Injektion: Messung pH, Tonizität/Osmolarität, Keimfreiheit mittels Agarplatten und Tip-slide.

Hypoton (zu niedriger osmotischer Druck):

Es kann mehr von der Substanz zugegeben werden, um eine isotone Lösung zu erhalten. Würde hypotone Lösung verabreicht werden, würden die Zellen Wasser aufnehmen bis sie platzen.

Hyperton (zu hoher osmotischer Druck):

Die Lösung kann verdünnt werden. Dabei muss aber einiges beachtet werden. Würde hypertone Lösung verabreicht werden, würden die Zellen Wasser abgeben -> Zellschrumpfung.

= Elektrisches Potential an der Scherschicht eines dispergierten kolloidalen Partikels (mV).

Wichtiger Faktor um physikalische Stabilität von kolloidalen Systemen zu beurteilen.

Partikel sind immer geladen, wobei sie an ihrer Oberfläche eine elektrische Doppelschicht (Helmholtz-Schichten) aufweisen, an der das Oberflächenpotential gemessen wird und die sich immer stationär mit dem Partikel mitbewegt. Nach dieser Schicht kommt die diffuse Schicht, die durch die Ladung zwar noch beeinflusst wird, sich jedoch nicht mehr im Lösungsmittel mitbewegt.