Pharm. Technologie

R. HerzogTransfersomen – ein neues Transportve

Für viele Anwendungen stehen zwar prinzipiell gut wirksame Substanzen zur Verfügung, doch häufig gestatten deren physikalisch-chemische Eigenschaften keinen hinreichend zielgerichteten Einsatz. Hier setzt die pharmazeutische Technologie mit ihrem zwischenzeitlich beachtlichen Repertoire an. Deren "Werkzeugkasten" wird neuerdings durch so genannte Transfersomen bereichert, die ganz ähnlich den Liposomen eine galenische Formulierung zahlreicher Wirkstoffe gestatten, aber mit sehr interessanten, zusätzlichen Eigenschaften aufwarten.

Transfersomen - was ist das?

Meist handelt es sich bei den Transfersomen um Lipidvesikel, deren Hülle aus hochgereinigtem Lecithin besteht, wobei aber zusätzliche Moleküle die Membran aufweichen (siehe Abbildung 1). Die Innenräume können mit Arzneistoffen beladen werden, aber auch in die Membranen selbst können Pharmaka ein- oder aufgelagert werden [3 - 8].

Transfersomen sind bereits Anfang der neunziger Jahre patentiert worden und werden von der 1993 gegründeten Start-up-Firma IDEA AG in München für die Entwicklung pharmazeutischer Produkte eingesetzt. Der Name Transfersomen bedeutet frei übersetzt "ein (etwas) übertragender Körper" und ist markenrechtlich geschützt. Mit namhaften Pharmafirmen hat IDEA bereits Kooperationsverträge.

Obwohl Transfersomen zweifelsohne Ähnlichkeiten mit den lange bekannten Liposomen aufweisen, so besitzen sie doch noch entscheidende andere Eigenschaften. In erster Linie ist hier die wesentlich höhere Flexibilität der Membran zu nennen. Diese kommt vor allem durch die besondere Membranzusammensetzung und Vesikelmorphologie zu Stande. Salopp formuliert macht hier die richtige Materialpassung in Kombination mit dem Herstellverfahren (s. u.) den Erfolg aus. Werden Tenside verwendet, liegt deren Anteil in Transfersomen wesentlich höher als in Liposomen und tiefer als in Mizellen (Abb. 3).

Die hohe Membranflexibilität hat eine starke Vesikeldeformierbarkeit zur Folge und gestattet den Transfersomen das Eindringen in sehr kleine Poren, ohne dabei allerdings ihre partikuläre Struktur zu verlieren oder unter vorzeitiger Wirkstoffabgabe zerstört zu werden [3, 4, 5]. Die Transfersomen können folglich auch in epidermale Zwischenräume in der Haut eindringen, die um ein Vielfaches kleiner sind als sie selbst. Offensichtlich öffnen die Transfersomen dabei etwa 20 nm schmale Kanäle durch die Haut, die dem Feuchtigkeitsgradienten in diesem Organ folgen. Bedingt durch den zunehmenden Wassergehalt in den tieferen Schichten der Epidermis können Transfersomen förmlich durch die Haut "eingesogen" werden (Abb. 2). In der wasserreichen Epidermis und Dermis können zudem Depoteffekte infolge der fortbestehenden Verkapselung nachgewiesen und möglicherweise klinisch genutzt werden. Liposomen hingegen weisen eine deutlich starrere Membranstruktur auf und gelangen daher auf Grund ihrer relativen großen Ausmaße nicht intakt in die Haut [3, 4, 8, 12].

Die Partikelgröße der Transfersomen bewegt sich mit häufig etwa 80 bis 120 Nanometern am unteren Rand der üblichen Liposomendurchmesser. Diese geringe Größe erleichtert zusätzlich das Durchdringen der Haut.

Langwieriger Herstellungsprozess

Die Gewinnung von Transfersomen kann ein relativ langwieriger Prozess sein, der eine Vielzahl von Filtrations- und Aufarbeitungsschritten beinhaltet [2]. Ausgehend von einer geeignet gepufferten Suspension des jeweiligen Lipids zusammen mit dem Weichmacher und ggf. dem Wirkstoff, wird dieser Ansatz einige Zeit schnell gerührt. Es entstehen noch recht große, "unförmige", multilamellare Vesikel (MLV). Diese werden durch geeignete "Zerkleinerungsverfahren" (z. B. eine Reihe von Filtrationsschritten) aufgearbeitet, wobei die einzelnen Doppelschichten "abgeschält" werden. Hierfür stehen heute spezielle, extrem feine Membranfilter mit annähernd kreisrunden Poren zur Verfügung (siehe Abb. 4). Das führt schließlich zu einer Suspension von kleinen, gut definierten Vesikeln. Weitere Filtrations- und Bearbeitungsschritte können erforderlich sein, bis endlich die gewünschten Transfersomen vorliegen.

Kontrolle durch spektroskopische und mikroskopische Methoden

Eine wichtige Methode zur Kontrolle und Analyse der Transfersomen ist die Photonenkorrelationsspektroskopie (dynamische Lichtstreuung), die es gestattet, Partikel noch im Nanometerbereich zu vermessen. Nicht zur Routineanalytik, aber zur Veranschaulichung der Struktur und Lamellarität können kryoelektronenmikroskopische Aufnahmen dienen (Abb. 5). Hierbei wird die Probe auf speziellen Lochplättchen in sehr dünnen Schichten tieftemperaturgefroren und durch ein Transmissions-Elektronenmikroskop betrachtet, in welchem die Strukturen von hoch beschleunigten Elektronen durchstrahlt und abgelenkt werden. Es lassen sich noch Strukturen im Bereich einiger, weniger Nanometer auflösen [2].

Die Ermittlung des Transfersomen-assoziierten Arzneistoffanteils ist weniger trivial. Gebundene bzw. freie Wirkstoffanteile lassen sich durch Ultrazentrifugationstechniken trennen und analysieren, wobei auf unerwünschte Stresseffekte geachtet werden muss. Auch spezielle Filtrationstechniken kommen zum Einsatz, die den freien Wirkstoffanteil von dem gebundenen Anteil trennen.

Durch die Haut: Viele Wege sind möglich

Die pharmakokinetischen oder chemisch-physikalischen Eigenschaften vieler Pharmaka legen öfters die transdermale Route der Wirkstoffresorption nahe, sei es, um Nebenwirkungen zu vermindern, den Gastrointestinaltrakt zu schonen oder vorzeitige Abbauprobleme zu umgehen und damit zu berechenbareren Wirkstoffspiegeln im Zielorgan zu gelangen. Und nicht zuletzt ist auch das Eindringen in die Haut selbst bzw. das Erreichen von Zielstrukturen dicht unterhalb der Haut durchaus noch optimierbar - man denke nur an die zahlreichen "Sportsalben" zur antiphlogistischen und analgetischen Behandlung von stumpfen Traumen. Um nun einen Wirkstoff in oder durch die Haut zu schleusen (Abb. 2), können mehrere Wege eingeschlagen werden:

  • Die Auftragung in Form "klassischer" topischer Zubereitungen, ggf. unter Zuhilfenahme von Resorptionsbeschleunigern oder Enhancern wie z. B. verschiedenen Alkoholen oder Dimethylsulfoxid (DMSO). Solange eine lokale Wirkung gewünscht wird, mag das angehen, sind jedoch definierte Blutspiegel gewünscht, ist die einfache Auftragung eines Topikums mit großen Unsicherheiten behaftet.
  • Mikroemulsionen und multiple Emulsionssysteme ("Emulsionströpfchen in der Emulsion") können ebenfalls die Wirkstoffpermeation in und durch die Haut fördern. Durch das Spiel von kontrolliert ge- oder übersättigten Wirkstofflösungen zusammen mit Permeationsverstärkern oder hohen Tensidkonzentrationen lassen sich wünschenswerte Effekte erzielen; ein prominentes Beispiel - allerdings zur oralen Anwendung - ist das Immunsuppressivum Ciclosporin in Form des Sandimmun Optoral, bei dem wesentlich höhere und gleichmäßigere Blutspiegel erzielt werden. Capsoft ist ein Beispiel einer kosmetisch angewandten Mikroemulsion; kritisch zu hinterfragen ist bei solchen Externa die hohe Tensidkonzentration.
  • Durch Verwendung eines "elektrischen Antriebs" (beispielsweise bei der Iontophorese) kann die Wirkstoffresorption ebenfalls entscheidend gesteigert werden; die Methode hat sich indes nur für die lokale Anwendung kleiner Wirkstoffmoleküle (z. B. bei der Schmerztherapie in der Orthopädie) praktisch etablieren lassen.
  • Transdermale Pflastersysteme haben sich einen beachtlichen Teil des Umsatzkuchen erobert. Bei geeigneten Wirkstoffen gelingt hier eine sehr gute Kontrolle der Wirkstoffliberation und -resorption z. T. über bis zu 7 Tage hinweg, sodass hier die systemische Wirkung im Vordergrund steht. Allerdings müssen die Wirkstoffe einige spezielle Eigenschaften aufweisen, um für die Verarbeitung in Pflastersystemen in Frage zu kommen. In erster Linie ist die limitierte Molekülgröße zu nennen (nur Moleküle bis zu einem Molekulargewicht von unter ca. 400 sind geeignet), weiterhin ist eine gute Löslichkeit in der Matrix und in der Haut erforderlich. Zudem sind nur niedrigdosierte Arzneistoffe in dem begrenzten Substanzreservoir einsetzbar [1, 3].
  • Liposomen werden ebenfalls zur Steigerung der Permeation und z. T. der Resorption eingesetzt. Dies ist z. B. für verschiedene Corticosteroide oder Vitamin-A-Säure gezeigt worden [1, 11]. Nichtsdestotrotz wird der Effekt von Liposomen nach wie vor kontrovers diskutiert [3, 4, 12]. So gibt es bisher keinen Beweis, dass Liposomen als solche tatsächlich unbeschadet in die Haut gelangen [12]. Möglicherweise wirken die Phospholipidbausteine aber als Resorptionsförderer und erhöhen mittels Verbesserung der Hauthydratation indirekt den transdermalen Transport [13]. Liposomenpräparationen - sowohl parenteral anwendbare wie z. B. das länger bekannte Antimykotikum AmBisome (Wirkstoff Amphotericin B), DaunoXome (Wirkstoff Daunorubicin) oder lokal applizierbare wie sogar für das Apothekenlabor erhältliche Vitamin-A-Säure-Liposomen - haben unbestreitbar ein wesentlich günstigeres Nebenwirkungsprofil [1, 14].
  • Präparationen mit Transfersomen befinden sich im Stadium der fortgeschrittenen Entwicklung [3]. Präklinische und erste klinische Ergebnisse deuten auf wesentlich höhere Penetrationsraten in (z. B. bei Triamcinolon-acetonid) bzw. durch die Haut (am Beispiel Diclofenac, Abb. 6) hin. Aber auch Resorptionseffekte lassen sich mit Transfersomen erzeugen. So lässt sich z.B. Insulin auf solche Weise durch die Haut schleusen, wodurch ein blutzuckersenkender Effekt erreicht wird, der dem einer subcutanen Verabreichung eines handelsüblichen Ultra-lente-Insulinpräparates ähnelt (Abb. 7).

Die bisherigen Ergebnisse stimmen zuversichtlich, dass Transfersomen ein interessantes System werden könnten, um bereits etablierte oder neue Wirkstoffe - auch höhermolekulare oder solche aus der Biotechnologie - galenisch neu zu formulieren und diese Phospholipidvesikel gleichsam als "Shuttle" durch die Haut oder Schleimhaut einzusetzen. Der Fokus liegt demzufolge z. Z. auf topischen Darreichungsformen.

Projekte und Zukunftsaussichten

Gerade die Eignung als Transportvehikel für höhermolekulare Stoffe macht die Transfersomen interessant für die Entwicklung von Biopharmazeutika, die parenteral angewendet heute noch ein ungünstigeres Nebenwirkungsprofil aufweisen bzw. oral angewendet unbefriedigende Resultate ergeben. Zudem könnte das lästige Spritzen vermieden werden. Auch werden heute z. B. manche Schmerzmittel noch systemisch verabreicht, obwohl eine lokale, eng umschriebene Wirkung gewünscht ist, diese aber mangels einfachem Transport des Pharmakons durch die Haut praktisch nur unzureichend darstellbar ist. Bei den bisherigen, topisch angewendeten Pharmaka besteht ebenfalls häufig das Problem mangelnder Tiefenwirksamkeit.

Eine ganze Reihe verschiedenster Wirkstoffe wurde bereits auf ihr Penetrations- und Resorptionsverhalten hin untersucht; eine Auswahl der Ergebnisse:

  • Die Entwicklung neuer, topischer Darreichungsformen für nicht-steroidale Antirheumatika (NSAR) auf Transfersomen-Basis ist bereits recht weit vorangeschritten. Für andere Analgetika liegen ebenfalls bereits experimentelle Ergebnisse vor. So lässt sich für Diclofenac ein wesentlich tieferes Eindringen therapeutisch erforderlicher Dosen in das Muskelgewebe unter Aussparung des Restes des Körpers erzielen; sprich, mit diesem Ansatz ist man der gewünschten regionalen Tiefenwirkung von NSAR ein gutes Stück näher (Abb. 6). Das Problem tiefenwirksamer "Sportsalben" besteht u. a. aber darin, dass der eingedrungene Wirkstoff rasch von den bereits in wenigen Millimeter Tiefe beginnenden Gefäßplexi aufgenommen und abtransportiert wird - wenn er überhaupt soweit gelangt. Transfersomen-vermittelte Depot- und Einschlusseffekte verzögern bzw. verhindern möglicherweise diesen Abtransport. Für Lokalanästhetika wären ähnliche Effekte denkbar.
  • Die intradermale Penetration verschiedener Steroide (wie z. B. des lokal vielfach verwendeten Triamcinolon-acetonids [8]) lässt sich durch Einschluss in Transfersomen erheblich verbessern - mit der Konsequenz intensiverer Wirkung oder aber der Möglichkeit nebenwirkungsreduzierender Dosisverringerungen bei gleichbleibender therapeutischer Effektivität. Die mögliche Reduktion der benötigten Corticoidmenge auf einen Bruchteil der üblichen Anwendungskonzentration ist dabei bezeichnend. Zudem ist ein deutlich ausgeprägter Depoteffekt zu beobachten [9]: Wirksame intradermale Konzentrationen bleiben mehr als doppelt so lange erhalten, die Applikationshäufigkeit könnte damit weiter verringert werden.
  • Proteine und Antigenstrukturen lassen sich ebenfalls unter bestimmten Bedingungen transdermal transportieren, sodass sich durch die topische Applikation von Antigenen eine kontrollierte, systemische Antikörperreaktion provozieren lässt [7]. Das könnte eines Tages z. B. Impfungen oder Desensibilisierungsbehandlungen weitreichend revolutionieren. Weiterhin kommt auch für die Transfersomen die nasale Route in Betracht, da die Nasenschleimhaut bekanntermaßen ein recht dankbares Resorptionsorgan ist. Bis zu einem zulassungsreifen Handelsprodukt sind aber zweifellos noch viele Hürden zu meistern.
  • Die verschiedenen Interferone (alfa-2a, alfa-2b, beta, beta-1b, gamma-1b) werden heute vielfältig eingesetzt, so zur Therapie der Hepatitis B und C, bei verschiedenen Krebserkrankungen, in der Multiple-Sklerose-Behandlung sowie bei einigen Viruserkrankungen. Unangenehme, unerwünschte Wirkungen bleiben häufig nicht aus, was auch an den Wirkstoffspiegel-Spitzen nach parenteraler Verabreichung liegen könnte. Speziell Interferon alfa-2b, in der Hepatitis- und Krebstherapie eingesetzt, zeigt in präklinischen Studien nach Einschluss in Transfersomen eine dosisabhängige Steigerung der Plasmakonzentration, womit ein intakter und steuerbarer Substanztransport durch die Haut nachgewiesen ist [13]. Zur Zeit läuft eine erste klinische Phase-I-Studie am Menschen in Zusammenarbeit mit Forschern der Uni Nürnberg-Erlangen.
  • Selbst Insulin kann durch die intakte Säugerhaut geschleust werden [3 - 5, 10]: Anhand des korrespondierenden Blutspiegels kann zuerst die Wirkung des transdermal transportierten Insulins experimentell gezeigt [Abb. 7] und in weiteren Experimenten die Wirkung eines herkömmlich subcutan applizierten, etwas niedriger dosierten Insulin-Handelspräparates annähernd erreicht werden.

Fazit

Transfersomen stellen eine interessante Bereicherung des pharmazeutisch-technologischen Repertoires dar. Obwohl mit den lange bekannten Liposomen verwandt, scheint durch das Auffinden der richtigen Materialkombinationen, d. h. einem geeigneten Lipid im Zusammenwirken mit dem "passenden" Weichmacher, ein Fortschritt gelungen zu sein. Infolge der hohen Membranflexibilität und -hydrophilie lässt sich die Barrierefunktion der Epidermis auf eine elegante, quasi-biologische Weise überwinden. Das Spektrum der Entwicklung marktfähiger Präparate reicht dabei von reinen Dermopharmazeutika mit verbesserten Wirkeigenschaften bereits bekannter Arzneistoffe (z. B. lokale Corticosteroide) über tiefenwirksame Lokaltherapeutika (z. B. NSAR, Lokalanästhetika) bis hin zu systemisch wirksamen Präparaten infolge verbesserter und quantitativ beherrschbarer Resorption durch die Haut (z. B. zentral wirksame Analgetika, Interferone, Insulin, Impfstoffe, neue Biopharmazeutika). Somit werden einerseits bekannte Wirkstoffe neu "verpackt", was in relativ kurzer Zeit zu greifbaren Ergebnissen führen kann, da die Grundlagenuntersuchungen weitgehend abgeschlossen sind. Andererseits werden neue, biopharmazeutische Pharmaka, insbesondere Proteine, unter dem Aspekt des topischen drug targeting und der nicht-invasiven Verabreichung angegangen. Das Entwicklungsrisiko ist bei den Letztgenannten zweifelsohne höher. Es bleibt abzuwarten, inwieweit sich die ermutigenden, bisher vorliegenden In-vitro- und In-vivo-Ergebnisse rasch in vermarktbare, zulassungsreife Produkte mit einem spürbaren therapeutischen Fortschritt umsetzen lassen. Gerade im Arzneimittelsektor liegt der Teufel ja häufig im Detail.

Quellen [1] Müller, R.H., Hildebrand, G.E.: Pharmazeutische Technologie: Moderne Arzneiformen. 2. Aufl. WVG Stuttgart 2000. [2] Buhl, A.: Untersuchungen zum Filtrations-/Extrusionsprozess von Cholat-Transfersomen-Zubereitungen mit dem Ziel der Erarbeitung eines optimierten und verkürzten Herstellungsprozesses. Diplomarbeit, FH Sigmaringen und IDEA AG, München 2000. [3] Cevc, G.: Drug delivery across the skin. Exp. Opin. Invest. Drugs 6, S. 1887 - 1937 (1997). [4] Cevc, G.: Transfersomes, Liposomes and Other Lipid Suspensions on the Skin: Permeation Enhancement, Vesicle Penetration, and Transdermal Drug Delivery. Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems 13 (3 & 4), S. 257 - 388 (1996). [5] Cevc, G., Gebauer, D., Stieber, J. et al.: Ultraflexible vesicles, Transfersomes, have an extremely low pore penetration resistance and transport therapeutic amounts of insulin across the intact mammalian Skin. Biochim. Biophys. Acta 1368, S. 201 - 215 (1998). [6] Cevc, G., Blume, G., New, highly efficient formulation of diclofenac for the topical, transdermal administration in ultraderformable drug carriers, Transfersomes. Biochim. Biophys. Acta, in the press. [7] Paul, A., Cevc, G.: Noninvasive Administration of Protein Antigens: Transdermal Immunization with Bovine Serum Albumin in Transfersomes. Vaccine Research 4, S. 145 - 164 (1995). [8] Cevc, G., Blume, G., Schätzlein, A. et al.: The skin: a pathway for systemic treatment with patches and lipid-based agent carriers. Advanced Drug Delivery Reviews 18, S. 349 - 378 (1996). [9] Cevc, G., Blume, G., Schätzlein, A. Transfersomes Mediated Transepidermal Delivery Improves the Regio-Specificity and Biological Activity of Corticosteroids in vivo. J. Contr. Rel. 45, S. 211 - 226 (1996). [10] SCRIP - World Pharmaceutical News, No. 2481 vom 15. Oktober 1999. [11] Neugebauer, D.: Therapeutische Liposomen. TW Dermatol. 24, S. 38 - 44 (1994). [12] Schreier, H., Bouwstra, J.: Liposomes and niosomes as topical drug carriers: dermal and transdermal drug delivery. J. Contr. Rel. 30, S. 1 - 15 (1994). [13] Short, S. M., Rubas, W., Paasch, B. D., Mrsny, R. J.: Transport of biologically active Interferon-gamma across human skin in vitro. Pharm. Res. 12, S. 1140 - 1145 (1995). [14] Herzog, R.: Liposomen im Apothekenlabor. Dtsch. Apoth. Ztg. 136 (12), S. 26 - 32 (1996). Internet-Adressen: www.idea-ag.com (Fa. IDEA AG, München)

Für viele Anwendungen stehen zwar prinzipiell gut wirksame Substanzen zur Verfügung, doch häufig gestatten deren physikalisch-chemische Eigenschaften keinen hinreichend zielgerichteten Einsatz. Hier setzt die pharmazeutische Technologie mit ihrem zwischenzeitlich beachtlichen Repertoire an. Deren "Werkzeugkasten" wird neuerdings durch so genannte Transfersomen bereichert, die ganz ähnlich den Liposomen eine galenische Formulierung zahlreicher Wirkstoffe gestatten, aber mit sehr interessanten, zusätzlichen Eigenschaften aufwarten. Meist handelt es sich bei den Transfersomen um Lipidvesikel, deren Hülle aus hochgereinigtem Lecithin besteht, wobei aber zusätzliche Moleküle die Membran aufweichen.

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