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Cubic gels, microemulsions and nanoemulsions for optimised skin penetration / permeation of active molecules and improved chemical stability

Sonja Höller

Art der Arbeit

Dissertation

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Lebenswissenschaften

Betreuer*in

Claudia Valenta

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DOI

10.25365/thesis.3306

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29078.71836.974562-4

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Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Ziel der vorliegenden Dissertation, war die Entwicklung hautfreundlicher kolloidaler Trägersysteme mit hoher Wirkstofffreisetzung. Im Vordergrund der Arbeit stand die physikalisch-chemische Charakterisierung der Systeme mit anschließenden in-vitro Permeationsversuchen am Modell der Franz-Zelle. Es konnte der Einfluss von verschiedenen fluorierten lipophilen Modelldrogen auf die viskoelastischen Eigenschaften eines kolloidalen kubischen Systems mit „ringing“ Effekt gezeigt werden. In allen Formulierungen dominierte der elastische Modus gegenüber den viskosen Eigenschaften, wobei mit zunehmender Temperatur die Elastizität des Trägersystems abnahm, unabhängig vom inkorporierten Wirkstoff. Die anschließenden Hautpermeationen an porziner Haut zeigten hohe Freisetzungsraten der inkorporierten Modelldrogen mit einer guten chemischen Stabilität. Im zweiten Teil der Arbeit wurden anhand von Phasendiagrammen hautverträgliche Mikroemulsionen, basierend auf unterschiedlich kommerziell erwerblichen Sojalezithinen, entwickelt. Die Zusammensetzung der natürlichen Lezithine bewirkte einen Einfluss auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften der Systeme, sowie auf die Hautpermeation der Arzneistoffe. Die Charakterisierung mit Photonen-Korrelations-Spektroskopie zeigte sowohl einen Anstieg der Teilchengröße, als auch der Breite der Teilchengrößenverteilung (PDI), die in direkter Korrelation zu den Diffusionskoeffizienten, ermittelt durch „NMR-Selbstdiffusion stehen. Der Einbau der fluorierten Arzneistoffe in die Tensidstruktur der bi-kontinuierlichen Mikroemulsionen konnte einerseits indirekt durch die hohen Hautpermeationen und andererseits direkt mittels 19F NMR-Selbstdiffusionskoeffizienten nachgewiesen werden. In weiteren Versuchen wurde der Einfluss unterschiedlicher Ölkomponenten getestet. Ein Zusatz von Ölsäure im Vergleich zu Isopropylmyristat führte zu einer verbesserten Wirkstoffpermeation. Darüber hinaus erwies sich die Lezithinzusammensetzung der Mikroemulsionen als entscheidendes Hauptkriterium für eine hohe Hautdiffusion der Arzneistoffe. Der dritte Teil der Arbeit beschäftigte sich mit der Entwicklung von negativ und positiv geladenen Nanoemulsionen unter Verwendung hautfreundlicher Zuckertenside oder Polysorbat 80. Die Formulierungen konnten durch das natürlich vorkommende anti-inflammatorische Phytosphingosin positiv geladen werden, welches anhand von physikalisch-chemischen Untersuchungen bewiesen wurde. Die positive Ladung der Nanoemulsion zeigte einen permeationsfördernden Effekt auf die Hautdiffusion der Modelldrogen. Der letzte Teil der Arbeit beschäftigte sich mit den anti-inflammatorisch wirkenden Phytosphingosin und N-Palmitoylethanolamin und deren Bindungskapazität an Modell-Lipidmembranen. Anhand von Interaktionsstudien an Liposomen konnten Wechselwirkungen mittels Differential Scanning Calorimetry (DSC) nachgewiesen werden. Dabei sind Verschiebungen der charakteristischen Phasenübergangstemperaturen der Modellmembranen beobachtet worden.

Abstract

(Englisch)

The aim of the present work was to evaluate skin friendly colloidal carriers. The main objective was the physicochemical characterisation of the systems as well as in-vitro permeation of model drugs using Franz-type-diffusion cells. The results indicate an influence of selected fluorinated drugs with different solubility in terms of the viscoelastic properties of a cubic ‘ringing’ gel. In all formulations high elastic values dominated over the viscous properties, whereas with increasing temperature the elastic properties decreased independent by the incorporated active agent. The following standard diffusion experiments using porcine skin exhibited high permeation rates. Moreover a good chemical stability of the incorporated model drugs was confirmed. In the second part of the work skin friendly microemulsions based on different commercially available soybean-lecithins were developed on the basis of pseudo-ternary phase diagrams. The composition of the natural lecithin types influenced the physicochemical properties of the systems as well as the skin permeation of the drugs. The characterisation by photon correlation spectroscopy indicated an increase of the main particle size as well as of the polydsipersity index (PDI), having a direct correlation with NMR self-diffusion coefficients. Excellent skin permeation was confirmed in standard diffusion studies. This could be due to the incorporation of the drugs in the surfactant structure of the lecithin based bi-continous micro textures, as proven by 19F NMR self diffusion studies. In further experiments the impact of different oil components on the colloidal systems was investigated. Oleic acid exhibited enhanced drug permeation compared to isopropyl myristate. Moreover the composition of the lecithins played a major role in the skin diffusion of active agents through skin. In the third part negatively and positively charged nanoemulsions were developed using skin compatible sugar esters and polysorbate 80. The positive surface charge was induced by incorporation of the anti-inflammatory phytosphingosine as demonstrated by physicochemical characterisation. Enhanced skin permeation of the model drugs could be achieved by incorporating the cationic compound. In the last part the anti-inflammatory phytosphingosine and N-palmitoylethanolamine were tested on their ability of binding or penetrating into the layers of active phospholipids used as model membranes. Results showed interactions with the liposomal bilayer structure indicated by changes in the main phase transition temperature.

Autor*innen

Sonja Höller

Haupttitel (Englisch)

Cubic gels, microemulsions and nanoemulsions for optimised skin penetration / permeation of active molecules and improved chemical stability

Paralleltitel (Deutsch)

Kubische Gele, Mikroemulsionen und Nanoemulsionen für eine optimierte Hautpermeation / Penetration von Wirkstoffen mit verbesserter chemischer Stabilität

Publikationsjahr

2008

Umfangsangabe

129 S. : Ill., graph. Darst.

Sprache

Englisch

Beurteiler*innen

Andreas Bernkop-Schnürch ,

Julijana Kristl

Klassifikation

35 Chemie > 35.18 Kolloidchemie, Grenzflächenchemie

AC Nummer

AC05039317

Utheses ID

2893

Studienkennzahl

UA | 091 | 449 | |

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