Lipidsysteme als Stratum corneum Modelle Charakterisierung und Eignung für ...

190 Pages·2001·3.46 MB·English

Lipidsysteme als Stratum corneum Modelle
Charakterisierung und Eignung für Permeationsuntersuchungen
Von der Gemeinsamen Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina
zu Braunschweig
zur Erlangung des Grades einer
Doktorin der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)
genehmigte
D i s s e r t a t i o n
von Bettina Glombitza
aus Northeim
1. Referentin oder Referent: Prof. Dr. C. C. Müller-Goymann
2. Referentin oder Referent: Prof. Dr. K.-H. Gericke
eingereicht am: 22.02.2001
mündliche Prüfung (Disputation) am: 28.05.2001
Druckjahr 2001
Für
meinen Vater
meinen Bruder Wolfgang
meine Schwester Monika
...und meine Mutter ✝
(wish you were here)
La vie sera une fête, un grand festival,
parce qu' elle est toujour le moment,
que nous sommes en train de vivre.
"L' alchimiste", Paulo Coelho

Danksagungen
Die vorliegende Arbeit entstand unter Anleitung von Frau Prof. Dr. C. C. Müller-Goymann
am Institut für Pharmazeutische Technologie der Technischen Universität Carolo-Wilhelmina
zu Braunschweig.
Frau Prof. Dr. Christel C. Müller-Goymann
danke ich sehr herzlich für die Zuweisung des Themas, die ständige Diskussionsbereitschaft
und Unterstützung während dessen Bearbeitung sowie für ihre persönliche Betreuung.
Herrn Prof. Dr. Karl-Heinz Gericke danke ich für die Anfertigung des Zweitgutachtens.
Ich möchte mich bei allen technischen und wissenschaftlichen Mitarbeitern des Institutes für
die freundliche Arbeitsatmosphäre sowie die gute Zusammenarbeit und Hilfe bedanken, die
die Fertigstellung dieser Arbeit ermöglicht haben.
Mein besonderer Dank gilt meinen Laborkollegen Herrn Dr. Christoph Specht und
Frau Dr. Inken Stoye für Ihre großartige motivierende Unterstützung und die zahlreichen
fachlichen Diskussionen, die wertvolle Anregungen für diese Arbeit geben konnten.
Weiterhin danke ich Frau Dr. Inken Stoye für die kritische Durchsicht des Manuskriptes.
Mein großer Dank gilt außerdem Herrn Horst Wojahn, durch dessen Ideen und
Erfindungsgabe ein großer Teil dieser Arbeit nicht entstanden wäre.
Weiterhin möchte ich mich bei folgenden Mitarbeitern bedanken:
Frau Carmen Gröchtemeier und Frau Kirsten Nebelung für die Anfertigung der
Gefrierbrüche, Frau Dagmar Hahne und Frau Manuela Handt für die Erstellung der TEM-
Abzüge, Frau Britta Meier für die Durchführung der Röntgenmessungen und Frau Juliane
Schildt für die zahlreichen DSC-Messungen.
Ich danke außerdem Herrn Dr. Werner Hinkelmann und Dr. Robert Hänsch vom Institut der
Botanik der TU Braunschweig für die Meßmöglichkeit am TEM und Herrn Dr. Flory vom
Hollwede-Krankenhaus Braunschweig für die Überlassung der Hautproben.
Vorveröffentlichungen der Dissertation
Teilergebnisse aus dieser Arbeit wurden mit Genehmigung der Gemeinsamen
Naturwissenschaftlichen Fakultät, vertreten durch Frau Prof. Dr. C. C. Müller-Goymann, in
folgenden Beiträgen vorab veröffentlicht:
Publikationen
Glombitza B., Müller-Goymann, C. C. Investigation of interactions between silicones and stratum
corneum lipids, Int. J. Cosmet. Sci. 23, 25-34 (2001)
Glombitza B., Müller-Goymann, C. C. Influence of different ceramides on the structure of in vitro
model lipid systems of the stratum corneum lipid matrix, eingereicht in Chem. Phys. Lipids
Tagungsbeiträge
Glombitza, B., Häusler, P., Müller-Goymann, C. C. Characterization of human stratum corneum
model lipid systems (Poster) Minutes Collection Symposium on Transdermal Administration (APGI),
Paris 1997
Glombitza, B., Müller-Goymann, C. C. Permeation of Diclofenac Sodium across a human stratum
corneum model lipid system (Poster), 2nd World Meeting on Pharmaceutics, Biopharmaceutics and
Pharmaceutical Technology, Paris 1998
Glombitza, B., Müller-Goymann, C. C. Permeation von Diclofenac Natrium durch verschiedene
humane Stratum corneum Modell Lipid Systeme (Poster), Jahrestagung der Deutschen
Pharmazeutischen Gesellschaft, Tübingen 1998; Abstract in Arch. Pharm. 331 (Suppl. 2), 57 (1998)
Glombitza B., Müller-Goymann, C. C. Untersuchung der Wechselwirkungen zwischen Silikonen und
Stratum corneum Lipiden (Vortrag), Jahrestagung der Deutschen Pharmazeutischen Gesellschaft für
Doktoranden, Freiburg 1999; Abstract in Arch. Pharm. 332 (Suppl. 1), 20 (1999)
Glombitza B., Müller-Goymann, C. C. Einfluß der Mikrostruktur auf die Permeabilität verschiedener
humaner Stratum corneum Modell Lipid Systeme (Poster), Jahrestagung der Deutschen
Pharmazeutischen Gesellschaft, Frankfurt (1999); Abstract in Arch. Pharm. 332 (Suppl. 2), 12 (1999)

Inhaltsverzeichnis I
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung und Problemstellung 1
2 Allgemeiner Teil 3
2.1 Lyotrope Mesophasen 3
2.1.1 Voraussetzungen zur Bildung lyotroper Mesophasen 3
2.1.2 Charakterisierung lyotroper Mesophasen 8
2.1.2.1 Polarisationsmikroskopie 8
2.1.2.2 Transmissionselektronenmikroskopie 9
2.1.2.3 Röntgenbeugung 9
2.1.2.4 Kalorimetrie 11
2.2 Die Haut 12
2.2.1 Funktionen der Haut 12
2.2.2 Allgemeiner anatomischer Aufbau der Haut 12
2.2.2.1 Aufbau der Epidermis 13
2.2.2.2 Das Stratum corneum 15
2.2.2.2.1 Struktur des Stratum corneum 15
2.2.2.2.2 Barrierefunktion der Stratum corneum Lipide 16
2.2.2.2.3 Lipidzusammensetzung des Stratum corneum 17
2.2.2.2.4 Mikrostrukur der Stratum corneum Lipide 22
2.2.2.2.5 Physikochemische Eigenschaften des Stratum corneum und der
Stratum corneum Lipide 24
2.3 Stratum corneum Lipide als Permeationswege für Arzneistoffe 29
2.3.1 Wechselwirkungen zwischen topisch applizierten Stoffen und dem
Stratum corneum 30
2.4 Modell Lipid Systeme als in vitro Modelle für Stratum corneum Lipide 32
2.4.1 Permeationsmodelle 34
2.5 Entwicklung eines Modells zur in vitro Arzneistoff Permeation durch
Stratum corneum Lipide 35
2.5.1 Modellarzneistoffe 37
II Inhaltsverzeichnis
2.5.2 Permeationsuntersuchungen 39
3 Material und Methoden 41
3.1 Material 41
3.1.1 Fettsäuren 41
3.1.2 Ceramide 41
3.1.3 Arzneistoffe 44
3.1.4 Weitere Materialien 44
3.2 Methoden 45
3.2.1 In vitro Modell Systeme für die Lipide des Stratum corneum 45
3.2.1.1 Zusammensetzung der Modell Lipid Systeme 45
3.2.1.2 Herstellung der Modell Lipid Systeme 47
3.2.2 Thermogravimetrie (TG) 47
3.2.3 Dynamische Differenz Kalorimetrie (DSC) 48
3.2.4 Polarisationsmikroskopie 48
3.2.5 Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) gefriergebrochener und
replizierter Proben 48
3.2.6 Röntgenkleinwinkeluntersuchungen nach Kiessig 49
3.2.7 Röntgenweitwinkeldiffraktometrie 49
3.2.8 Rheologische Untersuchungen der Modell Lipid Systeme 50
3.2.9 Wechselwirkungen des Modellarzneistoffes Diclofenac-Na
mit Stratum corneum Lipiden 50
3.2.10 Exzidiertes humanes Stratum corneum 50
3.2.10.1 Präparation von humanem Stratum corneum 50
3.2.10.2 Vorbehandlung des Stratum corneum 51
3.2.10.3 DSC-Untersuchungen an Stratum corneum 51
3.2.10.4 Röntgenweitwinkeluntersuchungen des Stratum corneum 51
3.3.1 Permeationsmodell zur in vitro Permeation durch Stratum corneum Modell Lipid
Systeme 52
3.3.1.1 Auswahl des Trägers für die in vitro Modellmischungen 52
3.3.1.2 Hydrophobe Membran 52
3.3.1.2.1 Silikonisieren der Dialysemembran 53
Inhaltsverzeichnis III
3.3.1.3 Permeationsuntersuchungen 53
3.3.1.4 Permeationsuntersuchungen mit anderen Donatoren 55
3.3.1.5 Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) 55
3.3.1.6 Wechselwirkungen von Silikonen mit Stratum corneum Lipiden 56
3.3.1.7 Silikon-Modell Lipid Mischungen 56
4 Versuchsergebnisse und Diskussion 57
4.1 Physikochemische Charakterisierung der in vitro Modell Lipid Systeme 57
4.1.1 Physikochemische Eigenschaften der Modell Lipid Systeme M1-M7 57
4.1.1.1 Polarisationsmikroskopische Untersuchungen 57
4.1.1.2 Transmissionselektronenmikroskopische Darstellung der Systeme (TEM)64
4.1.1.3 Charakterisierung der Mischungen durch Röntgenkleinwinkelbeugung
(SAXD) 69
4.1.1.4 Röntgenweitwinkelbeugung (WAXD) 77
4.1.1.5 Thermoanalytische Untersuchungen (DSC) 82
4.1.1.5.1 DSC-Untersuchungen der Mischungen M1-M7 82
4.1.1.5.2 DSC-Untersuchungen der Ausgangssubstanzen und deren Mischungen
85
4.1.1.5.3 DSC-Untersuchungen der wasserfreien Mischungen M1*-M7* 87
4.1.1.5.4 Untersuchungen des Aufheiz-und Abkühlverhaltens
und der Lagerstabilität 89
4.1.1.6 Zusammenfassende Diskussion über die Mikrostruktur der Modell
Lipid Systeme M1-M7 90
4.1.1.7 Vergleich der physikochemischen Charakteristika der untersuchten
Mischungen mit bestehenden Modell Systemen 91
4.1.2 Physikochemische Eigenschaften der Komplettmischungen
KM1, KM2 und KM3 93
4.1.2.1 Polarisationsmikroskopische Untersuchungen 93
4.1.2.2 TEM-Untersuchungen 96
4.1.2.3 Röntgenkleinwinkelbeugung (SAXD) 98
4.1.2.4 Röntgenweitwinkelbeugung (WAXD) der Komplettmischungen 99
4.1.2.5 Thermoanalytische Untersuchungen (DSC) 101