doctoralThesis Nanopartikel 2005-12-05 Simon, Michael Simon Michael In this work biodegradable DEAPA-PVAL-g-PLLA nanocomplexes were investigated as a colloidal peptide carrier system for non-invasive transmucosal insulin delivery. Chapter 1 describes the basic fundamentals of insulin therapy, current status, problems and future trends. The pathogenesis of diabetes mellitus and the different treatment options are discussed to give an understanding of the necessity for alternative non-invasive application systems. It was emphasized that epithelial barriers and enzymatic degradation prevent effective transmucosal insulin delivery. The potential of colloidal bioadhesive polymeric carriers for oral, pulmonal or nasal application of insulin were discussed. The factors bioadhesivity and complexing-capability of polymers were considered with regard to literature. Reference was made to other fields where charge modified grafted polyester of theses novel class were already succesfully utilized for drug delivery. In Chapter 2 the DEAPA-PVAL-g-PLLA polymers were characterized for their substitution degree of amine-groups and the extent of lactide grafting. It was possible to manipulate the hydrophilic-hydrophobic balance of these polyesters by factors such as molecular weight, PLLA chain lengths and degree of amine-substitution. Water solubility of these polymers allowed the spontaneous self-assembling with insulin to small nano-sized complexes with narrow size distribution. The formulation of nanocomplexes made of polymers with varying structural composition were characterized for various physico-chemical characteristics, such as size distribution, surface charge and insulin association efficiency. Studies with isothermal titration calorimetry demonstrated the influence of the structural architecture on binding constants. An increase in binding affinity, drug loading, zeta potential and a decrease of complex size could be correlated with a higher substitution degree of DEAPA groups and a higher lactic acid grafting of the backbone. Systemic investigations of the complexation process, using nephelometric and light scattering techniques, allowed the evaluation of an optimal ratio of the binding partners. The complexes visualized by atomic force microscopy revealed a homogeneous particle collective with spheroidal complexes exhibiting an entangled internal structure. In Chapter 3 the suitability of insulin containing DEAPA-PVAL-g-PLLA nanocomplexes as a nasal insulin delivery system was studied under in-vivo conditions at wistar rats. Changes in blood glucose and insulin concentration were monitored in anaesthetized rats using a glucose meter and ELISA. The blood glucose response revealed a significant decrease of glucose concentration, which was accompanied by an increase of exogenous insulin concentration in rat blood. From the investigated two different NC options, the more amphiphilic variant with grafted lactic acid side chains was superior to the more hydrophilic backbone with no additional grafting. The pharmacological response observed in healthy rats was reproduced on streptozotocin induced diabetic rats, demonstrating in-vivo effectivness in diseased subjects respectively. A significant increase in relative bioavailability was observed at higher polymer concentrations for the grafted variant. The histological examination of the nasal mucosa with light microscopy showed no signs of toxicity on nasal morphology at the site of application after a single administration procedure. In Chapter 4 the interaction of DEAPA-PVAL-g-PLLA nanocomplexes with enterocyte-like Caco-2 cells in terms of cytotoxicity, transport through and uptake in the cell layers was investigated. The NC were compared against a nanoparticle formulation based on a higher grafted variant of DEAPA- PVAL-g-PLGA and prepared by a solvent displacement technique. The preformulated NP were loaded with insulin by surface adsorption. The comparison of permeability enhancing effects of nanocomplexes with the nanoparticle formulation, showed no significant differences. However, nanocomplexes physico-chemical properties and interaction with Caco- 2 monolayers varied strongly as a function of the polymer structural composition. The most effective carrier posses a combination of a hydrophilic backbone and hydrophobic side chains. On the other hand, this combination led to a higher amphiphilic, surfactant-like character of the polymer, which probably caused damages to membrane and tight junctions, as indicated by lactate dehydrogenase release and decrease of transepithelial resistance. However, since these effects seemed to be reversible and NC with a higher lactide-grafting showed the best protection capabilities against trypsinic degradation, the highest internalization and transport through Caco-2 monolayers, it may be assumed that these NC are suitable carriers for insulin to overcome mucosal absorption barriers. Philipps-Universität Marburg Nasale Applikation English Modifizierte Polymere Nichtinvasive Insulinapplikation 2005 Bioconjugate Chemistry 15(4) 841-849 , 2005. Pharmaceutical Research 22(11) 1879-86, 2005. https://archiv.ub.uni-marburg.de/diss/z2006/0076/cover.png Drug Delivery System Publikationsserver der Universitätsbibliothek Marburg Universitätsbibliothek Marburg Insulin-Nanokomplexe gebildet durch Zusammenfügen mit aminmodifiziertem Poly(vinyl-alkohol)-graft-poly(L-lactid) für die nicht invasive mukosale Applikation: Herstellung, Charakterisierung und in vivo Untersuchungen Therapeutisches System Modified Polymers Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie monograph Nanoparticles 2011-08-10 Fachbereich Pharmazie Diabetes mellitus 119 application/pdf 2006-03-03 Insulin nanocomplexes formed by self-assembly from amine-modified poly(vinyl alcohol)-graft-poly(L-Lactide) for non-invasive mucosal delivery: Preparation, characterization and in vivo investigations ths Prof. Dr. Kissel Thomas Kissel, Thomas (Prof. Dr.) opus:1288 Non-invasive Application In dieser Arbeit wurden bioabbaubare DEAPA-PVAL-g-PLLA Nano-Komplexe als kolloidales Protein-Trägersystem zur nicht-invasiven, transmukosalen Insulin-Applikation untersucht. Kapitel 1 beschreibt die Grundlagen der Insulin-Therapie, den Forschungsstand, sowie Probleme und zukünftige Entwicklungen. Die Entstehung von Diabetes Mellitus und die verschiedenen Behandlungsmöglichkeiten werden vorgestellt, um die bestehende Notwendigkeit von alternativen, nicht-invasiven Applikationssystemen zu verdeutlichen. Es wurde herausgestellt das die Epithel-Barriere und der enzymatische Abbau eine effektive transmukosale Insulin-Aufnahme verhindern. Das Potential von kolloidalen, bioadhäsiven polymeren Trägern für die orale, pulmonale und nasale Appplikation für Insulin wird hervorgehoben. Faktoren wie Bioadhäsivität und Komplex-Bildungsvermögen von Polymeren werden im Hinblick auf die Literatur erklärt. Im Kapitel 2 werden die Polymere bezüglich ihres Substitutionsgrades und des Pfropfungsgrades charakterisiert. Es war möglich durch Einstellung von Faktoren wie Molekulargewicht, PLLA Kettenlänge und Amin-Substitution, das hydrophile-hydrophobe Gleichgewicht der Polyester zu beeinflußen. Die Wasserlöslichkeit dieser Polymere ermöglichte deren spontanes Zusammenfügen mit Insulin zu kleinen Komplexen im Nanometer-Bereich mit enger Größenverteilung. Die Herstellung der Nano-Komplexe wurde im Hinblick auf Größenverteilung, Oberflächenladung und Insulin-Bindungskapazität beschrieben. Untersuchungen mit isothermaler Titrationskalorimetrie zeigten den Einfluß von Strukturmerkmalen auf die Bindungskonstante. Ein Anstieg der Bindungsaffinität, der Beladung, des Zetapotentials und eine Verringerung der Komplexgröße konnte mit einem höheren Substitutionsgrad von DEAPA-Gruppen und einem höheren Pfropfungsgrad des Rückgrates korreliert werden. Eine systematische Untersuchung des Komplexbildungsprozesses mit Hilfe von Trübungsmessungen und Streulichtmethoden, ermöglichte die Ermittlung von optimalen Verhältnissen der Bindungspartner. Die Komplexe wurden mit Hilfe von Rasterkraftmikroskopie dargestellt und zeigten ein homogenes Partikelkollektiv mit sphärischen Komplexen und einer knäuelartigen internen Struktur. Im Kapitel 3 wurde die Eignung von Insulin Nano-Komplexen für die nasale Insulin-Applikation in-vivo an Wistar-Ratten untersucht. Änderungen der Glukose- und Insulinkonzentration im Blut der betäubten Ratten wurde mit Hilfe eines Blutzuckermessgerätes und ELISA verfolgt. Der Verlauf der Blutglukose zeigte einen signifikanten Abfall der Glukosekonzentration, begleitet von einer ansteigenden Konzentration exogenen Insulins im Rattenblut. Von den beiden untersuchten Komplextypen zeigte sich die amphiphile gepfropfte Variante, im Vergleich zu dem hydrophilen Rückgrat ohne Pfropfung, als besser geeignet. Der pharmakologische Effekt, der an gesunden Ratten beobachtet wurde, konnte an Streptozotocin induzierten, diabetischen Ratten wiederholt werden und zeigte die in-Vivo Wirkung damit auch an der eigentlichen erkrankten Zielgruppe. Ein signifikanter Anstieg der relativen Bioverfügbarkeit wurde bei höheren Konzentrationen der gepfropften Variante beobachtet. Nach einmaliger Applikation der Nano-Komplexe zeigten die histologischen Untersuchungen der nasalen Mukosa mit dem Lichtmikroskop keine toxischen Effekte auf das nasale Zellgewebe am Applikationsort. Im Kapitel 4 wird die Wechselwirkung von DEAPA-PVAL-g-PLLA Nano-Komplexen mit der Darmzelllinie Caco-2 im Hinblick auf Zelltoxizität, Transport durch und Aufnahme in die Zellschicht untersucht. Die Nano-Komplexe wurden mit einer Nano-Partikel Formulierung verglichen, die aus einer stark gepfropften Variante von DEAPA-PVAL-g-PLGA mittels Solvent-Displacement-Verfahren hergestellt wurde. Die vorgefertigten Nano-Partikel wurden durch Adsorption von Insulin an die Partikeloberfläche beladen. Der Vergleich der Insulin-Aufnahme fördernden Wirkung zeigte keinen signifikanten Unterschied zwischen Partikel- und Komplex-Formulierung. Allerdings zeigten die physiko-chemischen Eigenschaften der Nano-Komplexe und deren Wechselwirkung mit Caco-2 Zellen eine starke Abhängigkeit von der Polymerstruktur. Die erfolgreichste Variante bestand aus einem hydrophilen Rückgrat und hydrophoben Seitenketten. Diese Kombination verstärkt jedoch den amphiphilen Charakter des Polymers und damit seine Oberflächenaktivität. Eine Eigenschaft die möglicherweise Schäden an der Membran und den Tight Junctions verursachte, wie durch LDH Freisetzung und den Abfall des transepithelialen Widerstandes angedeutet wurde. Nicht zuletzt weil dieser Effekt reversibel war und Nano-Komplexe mit höherem Propfungsgrad den besten Schutz vor Trypsin-Abbau, die höchste Zellaufnahme und den höchsten Transport durch Caco-2 Zellen aufwiesen, scheint dieses Trägersystem für Insulin geeignet zu sein mukosale Aborptions-barrieren zu überwinden. Insulin https://doi.org/10.17192/z2006.0076 Insulin urn:nbn:de:hebis:04-z2006-00763 Medical sciences Medicine Medizin