Entwicklung und Charakterisierung von nanoskaligen, liposomalen Ultraschallkontrastmitteln zum Plaque-Targeting sowie Aufbau eines in vitro-Plaque-Modells

In dieser Arbeit wurden neue, lipidbasierte, nanoskalige Formulierungen zur Anwendung als Ultraschallkontrastmittel und zum Targeting von arteriosklerotischen Plaques entwickelt und charakterisiert. Ziel war eine sehr gute Kontrastverstärkung bei Verwendung von diagnostischem, nicht-invasivem Ultras...

Ausführliche Beschreibung

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Bibliographische Detailangaben
1. Verfasser: Marxer, Elena Eva Julianne
Beteiligte: Bakowsky, Udo (Prof. Dr.) (BetreuerIn (Doktorarbeit))
Format: Dissertation
Sprache:Deutsch
Veröffentlicht: Philipps-Universität Marburg 2012
Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Schlagworte:
Online Zugang:PDF-Volltext
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Beschreibung
Zusammenfassung:In dieser Arbeit wurden neue, lipidbasierte, nanoskalige Formulierungen zur Anwendung als Ultraschallkontrastmittel und zum Targeting von arteriosklerotischen Plaques entwickelt und charakterisiert. Ziel war eine sehr gute Kontrastverstärkung bei Verwendung von diagnostischem, nicht-invasivem Ultraschall bei Frequenzen zwischen 1 und 3 MHz. Es konnte eine Methode zur Bestimmung elastischer Eigenschaften nanoskaliger Systeme mittels AFM entwickelt und am Beispiel von PLGA-Nanopartikeln getestet werden. Und schließlich wurde ein in vitro Plaque-Modell aufgebaut und das erfolgreiche Plaque-Targeting gezeigt. Die Grundlagen zu Ultraschall und die Anwendung von Ultraschall in Diagnose und Therapie sowie besonders die Anwendung von ultraschallkontrastverstärkenden Mitteln wurden in der Einleitung (Kapitel 1) dargestellt. Ein kurzer Überblick zur Gefäßkrankheit Arteriosklerose, die Visualisierung dieser Erkrankung und in vivo Charakterisierungsmöglichkeiten wurde gegeben. Die verwendeten Methoden, zur Herstellung der Ultraschallkontrastmittel bzw. PLGA-Nanopartikel (Filmmethode, Salting-out), deren physiko-chemische und morphologische Charakterisierung (PCS, LDA, Cryo-TEM, 31P-NMR, AFM), die Messung der ultraschallkontrastverstärkenden Eigenschaften (Flussmodell) und der Nachweis des Fibrin-Targetings (in vitro-Plaque-Modell) wurden in Kapitel 2 erläutert. Kapitel 3 befasste sich mit den Ergebnissen der physiko-chemischen und morphologischen Charakterisierung der hergestellten liposomalen Formulierungen sowie von Polymer-Nanopartikeln. Es konnte sowohl mit PCS-Messungen, also auch mit AFM und Cryo-TEM gezeigt werden, dass bei der Herstellung der liposomalen Ultraschallkontrastmittel zwei Größenfraktionen auftraten und mithilfe des 31P-NMR wurde deutlich, dass Mizellen und Liposomen nebeneinander vorlagen. Die Herstellung von anderen Lipidmischungen führte zu ähnlichen Ergebnissen, was anhand von PCS-Messungen gezeigt wurde. Die erfolgreiche Kopplung von Antikörpern an die liposomalen Formulierungen und die Antigen-Antikörper-Wechselwirkung, konnten mit dem AFM nachgewiesen werden. Ebenfalls mittels PCS, wurde die erfolgreiche Steuerung der Größen der PLGA-Nanopartikel durch unterschiedliche Rührgeschwindigkeiten, des bei der Herstellung verwendeten Ultra-Turrax®, gezeigt. Kapitel 4 stellte die Ergebnisse der Ultraschallkontrastmessungen dar. Durch die Verwendung eines Flussmodells konnten die Kontraststärken und auch die Lagerungsstabilität der Ultraschallkontrastmittel schnell und effektiv gemessen und mittels der ImageJ-Software als mittlere Grauwerte ausgewertet werden. Dabei wurden alle Kontrastmittel mit SonoVue®, einem käuflichen Ultraschallkontrastmittel mit Bläschengrößen zwischen 2 und 8 µm, verglichen. Kapitel 5 befasste sich mit den Ergebnissen der Verbesserung der Kontrastintensität durch Variation der Herstellungsmethode, der Lipidzusammensetzung, sowie dem Gefriertrocknen. Die verschiedenen Mischungen wurden wieder im Flussmodell untersucht. Dabei stellte sich heraus, dass die Herstellungsmethode teilweise starken Einfluss auf die Kontraststärke hatte. Durch die Verwendung des Ultraschallstabes, statt des Ultraschallbades, bei der Herstellung, konnten deutlich bessere Ergebnisse erzielt werden. Auch die Zusammensetzung der liposomalen Formulierungen war entscheidend für die Kontrastintensität. Das Gefriertrocken hatte ebenfalls einen großen Einfluss auf die Kontraststärke und führte beinahe immer zu einer Kontrastverbesserung. Selbst wenn die Herstellung der liposomalen Formulierungen mit dem Ultraschallbad geschah und diese dadurch einen schwächeren Ultraschallkontrast aufwiesen, wurde dieser nach dem Gefriertrocknen enorm verbessert. In Kapitel 6 wurden, mit Hilfe des Rasterkraftmikroskops, elastische Eigenschaften am Beispiel von Polymer-Nanopartikeln bestimmt. Da die elastischen Eigenschaften der liposomalen Ultraschallkontrastmittel einen Einfluss auf die Ultraschallkontrastintensität hätten haben können, wurde zunächst ein Modellsystem zur Messung von Elastizitäten entwickelt. Hierzu wurden Polymer-Nanopartikel unterschiedlicher Größen hergestellt und vermessen. Dabei zeigten sich auch die an der Partikeloberflächliche stattfindenden Abbauphänomene der PLGA-Nanopartikel. Kapitel 7 stellte ein selbst entwickeltes in vitro Plaque-Modell zur Untersuchung der spezifischen Targeting-Eigenschaften vor. Es konnte das erfolgreiche Fibrin-Targeting an künstlichen Plaques, bestehend aus Fibrin-Pulver, und an menschlichen, in kleine Stücke geschnittenen Plaques, gezeigt werden. Die mit Antikörpern gekoppelten liposomalen Formulierungen blieben auch unter Strömung an den künstlichen und menschlichen Plaques haften und die Plaques waren als helle Flecken im Ultraschallbild sehr gut zu erkennen.
DOI:https://doi.org/10.17192/z2013.0043