Imiquimod based transcutaneous immunization – insights and novel concepts

This work aims at developing a transcutaneous immunization (TCI) approach in order to activate cytotoxic T-cells. A tumor specific immune response was therefore generated by the TLR7-Agonist imiquimod. Five commercially available creams including the innovators product Aldara® 5% creme were assessed to ascertain their capability to induce an immune response in C57BL/6 mice after dermal administration. Moreover, creams were investigated regarding their imiquimod permeation in a Franz-diffusion cell model. Results obtained from this study were used to develop novel formulation approaches based on dissolved state imiquimod in a submicron scale range. High pressure homogenization ensured emulsification as well as particle size reduction. A freeze dried spreadable solid nanoemulsion based on sucrose fatty acid esters and oil components represented a major formulation approach. Within the scope of this approach the influence of pharmaceutical oils i.e. middle chain triglycerides, avocado oil, jojoba wax, and squalen was assessed towards their TCI performance. Furthermore, an aqueous jojoba wax based emulsion gel was developed. Unlike the innovators product, all formulations demonstrated a distinctly reduced imiquimod permeation across murine skin, a fact particularly evident in case of jojoba wax. Squalen significantly augmented in vivo immune response (p≤0.05 Mann-Whitney-Test). The emulsion gel demonstrated a 10fold decrease of imiquimod permeation. In comparison with the innovators product, the emulsion gel induced an equal immune response with a simultaneously enhanced tumor rejection in a mouse model.

Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer dermalen Impfzubereitung zur Aktivierung zytotoxischer T-Zellen. Die tumorspezifische Immunantwort wurde durch den TLR7-Agonisten Imiquimod ausgelöst. Fünf kommerziell erhältliche Cremes einschließlich des Originalpräparates Aldara® 5% Creme wurden neben ihren Permeationseigenschaften im Franz’schen Diffusionszell-Modell hinsichtlich ihrer Fähigkeit untersucht, eine Immunreaktion in C57BL/6 Mäusen zu induzieren. Basierend auf den Erkenntnissen dieser Vergleichsuntersuchungen wurden neue Formulierungskonzepte entwickelt, die den Wirkstoff nicht gelöst, sondern kristallin im Submikron-Größenbereich enthalten. Emulgierung sowie Zerkleinerung der Wirkstoffkristalle wurde mit Hilfe der Hochdruckhomogenisation durchgeführt. Einen Formulierungsansatz stellt eine gefriergetrocknete streichfähige Nanoemulsion auf Basis von Saccharosefettsäureestern und einer Ölkomponente dar. Der Einfluss der Ölkomponente wurde anhand von Neutralöl, Avocadoöl, Jojobawachs und Squalen auf die in vitro und in vivo Eigenschaften untersucht. Ein weiterer Formulierungsansatz besteht aus einem wässrigen Emulsionsgel auf Basis von Jojobawachs. Verglichen mit dem Originalpräparat bewirken alle hier beschriebenen Formulierungsansätze eine deutlich verminderte Permeation im Maushautmodell, ein Effekt, der besonders bei der Verwendung von Jojobawachs zum Tragen kommt. Mit Hilfe von Squalen lässt sich eine signifikant (p≤0,05 Mann-Whitney-Test) erhöhte Immunantwort, verglichen mit dem Originalpräparat erreichen. Das Emulsionsgel auf Jojobawachsbasis induziert eine identische Immunantwort im Mausmodell bei einer gleichzeitig sichtbar verbesserten Tumorabstoßung sowie einer ca. 10fach verminderten Wirkstoffpermeation im Vergleich zum Originalpräparat.