Solid Dispersion of Ursolic Acid in Gelucire 50/13: a Strategy to Enhance Drug Release and Trypanocidal Activity

Solid dispersions (SDs) are an approach to increasing the water solubility and bioavailability of lipophilic drugs such as ursolic acid (UA), a triterpenoid with trypanocidal activity. In this work, Gelucire 50/13, a surfactant compound with permeability-enhancing properties, and silicon dioxide, a drying adjuvant, were employed to produce SDs with UA. SDs and physical mixtures (PMs) in different drug/carrier ratios were characterized and compared using differential scanning calorimetry, hot stage microscopy, Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray diffraction (XRD), particle size, water solubility values, and dissolution profiles. Moreover, LLC-MK2 fibroblast cytotoxicity and trypanocidal activity evaluation were performed to determine the potential of SD as a strategy to improve UA efficacy against Chagas disease. The results demonstrated the conversion of UA from the crystalline to the amorphous state through XRD. FTIR experiments provided evidence of intermolecular interactions among the drug and carriers through carbonyl peak broadening in the SDs. These findings helped explain the enhancement of water solubility from 75.98 mu g/mL in PMs to 293.43 mu g/mL in SDs and the faster drug release into aqueous media compared with pure UA or PMs, which was maintained after 6 months at room temperature. Importantly, improved SD dissolution was accompanied by higher UA activity against trypomastigote forms of Trypanosoma cruzi, but not against mammalian fibroblasts, enhancing the potential of UA for Chagas disease treatment.

Solubility and permeability as in vitro predictors for in vivo performance of fenofibrate IR solid dosage forms

This current work focused on the simulation of in vivo dissolution and permeation in order to be able to predict the in vivo performance of orally administered fenofibrate immediate release formulations. Therefore, the effects of the formulation surfactants on in vivo solubility and permeation of fenofibrate under physiologically relevant excipient concentrations were emphasized.rnIt was shown that the surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS) may decrease rather than increase the solubility of fenofibrate in vivo. This was related to the interference of SDS with the vesicular system of the biorelevant medium, FaSSIFmod, and therefore its solubilization capacity. rnMoreover, in vitro permeation studies revealed that SDS concentrations inversely correlated with fenofibrate permeability. Through combination of the observed permeation and solubility data a good in vitro/in vivo correlation regarding Cmax values in humans could be established for five fenofibrate formulations which were based on the same manufacturing technique.rnBesides the experimental part, the major characteristics and their potential implementation in a dissolution/permeation device were discussed based on the promising realization of the in vitro solubility and permeation methods. rn

Entwicklung eines pharmakologischen Modells zur Prüfung immuntherapeutischer Antikörper mit dreidimensionalen Tumorzellkulturen in vitro

In den letzten Jahren hat die Tumorbehandlung mit immunologischen Präparaten an Bedeutung gewonnen. Der allgemeine Ablauf der Testung eines Arzneimittelkandidaten sieht vor, zunächst in Zellkulturversuchen und Tierversuchen Wirkweise und Sicherheit, sowie voraussichtliche Abbauwege und mögliche Gefahren so beurteilen zu können, dass sie für einen Einsatz im Menschen in Frage kommen. Zur präklinischen in vitro-Testung werden dabei in der Regel Monolayer-Zellkulturen oder Einzelzellsuspensionen eingesetzt. Der Einsatz von 3D-Zellkulturmodellen, welche den Aufbau von Mikrometastasen oder intervaskuläre Areale in Tumoren exakter widerspiegeln, führt zu wesentlich besseren Voraussagen bezüglich der klinischen Wirksamkeit neuer Präparate. Das Ziel dieser Arbeit war daher die Entwicklung und Anwendung eines neuen 3D-Zellkulturbasierten Systems zur Testung trifunktionaler bispezifischer Antikörper für die Tumorbehandlung, welches sich auch auf andere vergleichbare Präparate übertragen lässt.rnIn meiner Arbeit konnte ich mehrere humane Tumorzelllinien definieren, mit denen es gelang, stabile Co-Kulturen von Multi Cellular Tumour Spheroids (MCTS) mit Peripheral Blood Mononuclear Cells (PBMC) in miniaturisierten Spinner-Flaschen zu etablieren. Spinner-Flaschen, in denen die im Kulturmedium befindlichen Immunzellen, MCTS und Therapeutika ständig frei zirkulieren, sind besonders für eine wirklichkeitsnahe Nachbildung der in vivo-Simulation mit disseminierten Tumorzellen oder mit malignem Aszites geeignet. Diese Art der Kultivierung erlaubte Beobachtungszeiten von ≥20 Tagen für eine große Bandbreite Analysemethoden. Zu den mit dem erstellten Protokoll standardmäßig durchführbaren Analysemethoden zählen unter anderem immunhistochemische Färbungen an Sphäroid-Gefrierschnitten, Vitalitätstest, Untersuchung der Plattierungs-Effizienz, Bestimmung der Sphäroidvolumina, Zytokinbestimmungen aus dem Medienüberstand mit Cytokine Bead Arrays, PCR-Analysen immunzellspezifischer Antigene, sowie durchflusszytometrische Analysen. Diese Methodenkombination erlaubt einen sehr detaillierten Einblick in die Wirkweise und Effizienz neuer Immuntherapeutika aus verschiedensten Blickwinkeln und stellt ein reproduzierbares Testsystem zur präklinischen Testung von Immuntherapeutika dar, das zukünftig als Bindeglied zwischen Monolayer-Zellkulturen und klinischen Prüfungen einen festen Platz einnehmen könnte.rnMit dem beschriebenen 3D-Zellkultur-System wurden in der vorliegenden Arbeit die trifunktionalen bispezifischen Antikörper catumaxomab (unter dem Handelsnamen Removab® für die Behandlung maligner Ascites zugelassen) und ertumaxomab (derzeit in klinischen Prüfungen) hinsichtlich ihrer Wirkweise untersucht. Die Antikörper besitzen im Gegensatz zu herkömmlichen monoklonalen Antikörpern zwei verschiedene Bindungsarme, einer gegen CD3 auf T-Zellen, der zweite gegen EpCAM respektive Her2/neu - beides weit verbreitete Tumorantigene - gerichtet. An ihrem Fc-Teil besitzen sie eine dritte Bindungskapazität, über welche sie an Fcγ RI, -IIa und -III positive akzessorische Zellen binden. Diese Kombination ermöglicht theoretisch die Ausbildung eines Tri-Zell-Komplexes aus T-Zelle, Tumorzelle und akzessorischer Zelle. Dies stellt eine wirkungsvolle Therapieoption unter Ausnutzung der körpereigenen, immunologischen Abwehr dar. rnIm Rahmen dieser Arbeit wurde gezeigt, dass beide Antikörper eine Größenreduktion der Sphäroide mit den entsprechenden Tumorantigenen in gleichem Maße bewirkten und die Plattierungseffizienz durch ertumaxomab dosisabhängig reduziert wurde. Mit dem erstellten Testsystem konnte der Wirkmechanismus von catumaxomab auf Sphäroide der Zelllinie FaDu (Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinom) detaillierter gezeigt werden: catumaxomab wirkte dosisabhängig auf die Reduktion der Sphäroidvolumina und die zunehmende Infiltration von CD45+ Zellen, die als T-, NK- und/oder dendritische Zellen identifiziert wurden. Des Weiteren rief die catumaxomab-Gabe eine verstärkte Ausschüttung der Zytokine IL-2, IFN-γ und TNF-α hervor. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass catumaxomab die zelluläre Immunantwort aktiviert.rnDie Standard-Tumorbehandlung beinhaltet die Gabe von Chemotherapeutika. Oft werden dafür Zytostatika mit dem unerwünschten Nebeneffekt auch gesunde proliferierende Zellen anzugreifen verwendet. Dies kann prinzipiell auch die Wirksamkeit der Antikörper-Therapie beeinflussen. Aus diesem Grund wurden in dieser Arbeit zusätzlich vergleichende Kombinations-Versuche mit catumaxomab und einem gängigen Zytostatikum - Cisplatin - durchgeführt. Mit Untersuchungen der Sphäroidvolumina, Vitalitätstests und Plattierungseffizienz konnte gezeigt werden, dass die Wirkung von catumaxomab bei gleichzeitiger Anwendung beider Therapeutika aufrecht erhalten bleibt und diese sogar additiv verstärkt wird. Eine Kombinationstherapie im Menschen ist daher denkbar.rnrn

Synthese und Charakterisierung von HPMA-stabilisierten Kolloiden sowie deren Evaluierung in vitro und in vivo

Nanodimensionale Wirkstoff-Trägersysteme sind in der Lage, sowohl die Bioverfügbarkeit als auch das pharmakokinetische Profil von Wirkstoffen drastisch zu verbessern. Hauptgründe dafür sind eine erhöhte Plasma-Halbwertszeit durch die größenbedingte verminderte renale Ausscheidung und eine gesteigerte Anreicherung im Tumorgewebe durch den EPR-Effekt. Diese Arbeit beschreibt die Synthese und Entwicklung neuer kolloidaler Wirkstoff-Trägersysteme, welche biokompatibel, teilweise bioabbaubar und funktionalisierbar sind. Ein Fluoreszenzfarbstoff wurde als hydrophobes Wirkstoffmodell eingekapselt. Wohldefinierte, eng verteilte und funktionalisierbare HPMA-basierte Block- und statistische Copolymere unterschiedlicher Molekulargewichte (10-25 kDa) und hydrophiler/hydrophober Zusammensetzung (10-50 mol%) wurden mittels RAFT- Polymerisation in Kombination mit dem Reaktivesteransatz hergestellt und in Miniemulsionsprozesse eingesetzt, um ihre Stabilisierungseffizienz zu untersuchen. Dabei zeigte sich, dass die kleineren Copolymere (10 kDa) mit einem Einbau von 10 mol% LMA, sowohl im Modellsystem Polystyrol, als auch im bioabbaubaren PDLLA-System, besonders geeignet sind und ergaben monodisperse Kolloide im Größenbereich von 100 bis 300 nm. Die kolloidalen Systeme zeigten keine Wirkung auf die Zellviabilität. In Folge dessen wurde das Aggregationsverhalten in humanem Blutserum mittels DLS untersucht, wobei keine Interaktion mit Blutbestandteilen festgestellt werden konnte. Zellaufnahmestudien wurden an HeLa-Zellen durchgeführt, um das Schicksal der Kolloide in vitro zu untersuchen. Dabei wurden Kernmaterial, Hülle und das hydrophobe Wirkstoffmodell durch unterschiedliche Fluoreszenzmarkierung getrennt betrachtet. Das hydrophobe Wirkstoffmodell wurde allein durch Interaktion der Kolloide mit den Zellen übertragen, was für eine diffusionsbedingte, initiale, aber unspezifische Freisetzung spricht. Eine solche Freisetzungskinetik kann durch Verwendung von Nitroglycerin, als vasodilatierender Wirkstoff mit geringer unspezifischer Wirkung, ausgenutzt werden, um den EPR-Effekt zu unterstützen. Die Aufnahme des Partikels hingegen geschieht zeitverzögert. Das Schicksal der Kolloide (sowohl des Kern- und desrnHüllmaterials) wurde durch doppelte Fluoreszenzmarkierung untersucht. Dabei kam es zu einer intrazellulären Ablösung der stabilisierenden Block-Copolymere zwischen 8 und 24 h. Nach Aufklärung der Aufnahme- und Freisetzungskinetiken wurde nun die Körperverteilung der PS- und PDLLA-Kolloide nach 18F-Markierung mittels PET und ex vivo-Biodistributiosstudien untersucht. Dabei hatte das Kernmaterial einen Einfluss auf die Körperverteilung. PET-Studien in Mäusen zeigten, dass die stabilisierenden Block-Copolymere beider Kolloide ein starkes Signal in der Niere geben, wobei das der PS-Kolloide weiter ausgeprägt war. Darüber hinaus war eine Anreicherung dieser in Lunge, Leber und Milz festzustellen. Die Verdrängung der stabilisierenden Polymere durch die Interaktion mit Blutbestandteilen erklärt dabei das erhöhte Nieren- und Blasensignal der PS- Kolloide. Das Anreicherungsmuster der PDLLA-Kolloide hingegen zeigte neben der Nierenakkumulation eine erhöhte Blutaktivität und somit die gewünschten langzirkulierenden Eigenschaften. Diese Ergebnisse konnten auch mittels ex vivo- Biodistributionsstudien bestätigt werden. Um die Tumoranreicherung weiter zu verbessern wurde die Verwendung von Folat als Erkennungsstruktur am einfachen HPMA-Polymer untersucht. Die Konjugate zeigten eine erhöhte Anreicherung im Vergleich zu den Polymeren ohne Erkennungsstrukturen. Blockadestudien bestätigten die Selektivität der Anreicherung. Diese Daten zeigen das Potential der Folat-Erkennungsstruktur in vivo innerhalb kurzer Zeitfenster, welche nun auf kolloidale Systeme übertragen werden kann.

Application of the specular and diffuse reflection analysis for in vitro diagnostics of dental erosion: correlation with enamel softening, roughness, and calcium release

We present assembly and application of an optical reflectometer for the analysis of dental erosion. The erosive procedure involved acid-induced softening and initial substance loss phases, which are considered to be difficult for visual diagnosis in a clinic. Change of the specular reflection signal showed the highest sensitivity for the detection of the early softening phase of erosion among tested methods. The exponential decrease of the specular reflection intensity with erosive duration was compared to the increase of enamel roughness. Surface roughness was measured by optical analysis, and the observed tendency was correlated with scanning electron microscopy images of eroded enamel. A high correlation between specular reflection intensity and measurement of enamel softening (r(2) ? -0.86) as well as calcium release (r(2) ? -0.86) was found during erosion progression. Measurement of diffuse reflection revealed higher tooth-to-tooth deviation in contrast to the analysis of specular reflection intensity and lower correlation with other applied methods (r(2) = 0.42-0.48). The proposed optical method allows simple and fast surface analysis and could be used for further optimization and construction of the first noncontact and cost-effective diagnostic tool for early erosion assessment in vivo.

Steerable intravitreal inserts for drug delivery: in vitro and ex vivo mobility experiments

The progress of wet age-related macular degeneration can now be controlled by intravitreal drug injection. This approach requires repeated injections, which could be avoided by delivering the drug to the retina. Intraocular implants are a promising solution for drug delivery near the retina. Currently, their accurate placement is challenging, and they can only be removed after a vitrectomy. In this paper, we introduce an approach for minimally invasive retinal drug delivery using magnetic intraocular inserts. We briefly discuss the electromagnetic-control system for magnetic implants and then focus on evaluating their ability to move in the vitreous humor. The mobility of magnetic intraocular implants is estimated in vitro with synthesized vitreous humors, and ex vivo with experiments on cadaver porcine eyes. Preliminary results show that with such magnetic implants a vitrectomy can be avoided.

In vitro diagnosis of T cell-mediated drug allergy

Diagnosis of drug hypersensitivity relies on history, skin tests, in vitro tests and provocation tests. In vitro tests are of great interest, due to possible reduction of drug provocation tests. In this review we focus on best investigated in vitro techniques for the diagnosis of T cell-mediated drug hypersensitivity reactions. As drug hypersensitivity relies on different pathomechanisms and as a single diagnostic test usually does not cover all possible reactions, it is advisable to combine different tests to increase the overall sensitivity. Recently, proliferation-based assays have been supplemented by a panel of novel in vitro tests including analysis of cytotoxic potential of effector cells (granzyme B, granulysin, CD107a), evaluation of cytokine secretion (IL-2, IL-5, IL-13, and IFN-γ) and up-regulation of cell surface activation markers (CD69). We discuss the latest findings and readout systems to identify causative drugs by detecting functional and phenotypic markers of drug-reacting cells, and their ability to enable a more conclusive diagnosis of drug allergy.

Interleukin-17A stimulates granulocyte-macrophage colony-stimulating factor release by murine osteoblasts in the presence of 1,25-dihydroxyvitamin D(3) and inhibits murine osteoclast development in vitro

OBJECTIVE To investigate the effects of interleukin-17A (IL-17A) on osteoclastogenesis in vitro. METHODS Bone marrow cells (BMCs) were isolated from the excised tibia and femora of wild-type C57BL/6J mice, and osteoblasts were obtained by sequential digestion of the calvariae of ddY, C57BL/6J, and granulocyte-macrophage colony-stimulating factor-knockout (GM-CSF(-/-)) mice. Monocultures of BMCs or cocultures of BMCs and osteoblasts were supplemented with or without 1,25-dihydroxyvitamin D(3)(1,25[OH](2)D(3)), recombinant human macrophage colony-stimulating factor (M-CSF), RANKL, and IL-17A. After 5-6 days, the cultures were fixed with 4% paraformaldehyde and subsequently stained for the osteoclast marker enzyme tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP). Osteoprotegerin (OPG) and GM-CSF expression were measured by enzyme-linked immunosorbent assay, and transcripts for RANK and RANKL were detected by real-time polymerase chain reaction. RESULTS In both culture systems, IL-17A alone did not affect the development of osteoclasts. However, the addition of IL-17A plus 1,25(OH)(2)D(3) to cocultures inhibited early osteoclast development within the first 3 days of culture and induced release of GM-CSF into the culture supernatants. Furthermore, in cocultures of GM-CSF(-/-) mouse osteoblasts and wild-type mouse BMCs, IL-17A did not affect osteoclast development, corroborating the role of GM-CSF as the mediator of the observed inhibition of osteoclastogenesis by IL-17A. CONCLUSION These findings suggest that IL-17A interferes with the differentiation of osteoclast precursors by inducing the release of GM-CSF from osteoblasts.

Duloxetine inhibits effects of MDMA ("ecstasy") in vitro and in humans in a randomized placebo-controlled laboratory study

This study assessed the effects of the serotonin (5-HT) and norepinephrine (NE) transporter inhibitor duloxetine on the effects of 3,4-methylenedioxy-methamphetamine (MDMA, ecstasy) in vitro and in 16 healthy subjects. The clinical study used a double-blind, randomized, placebo-controlled, four-session, crossover design. In vitro, duloxetine blocked the release of both 5-HT and NE by MDMA or by its metabolite 3,4-methylenedioxyamphetamine from transmitter-loaded human cells expressing the 5-HT or NE transporter. In humans, duloxetine inhibited the effects of MDMA including elevations in circulating NE, increases in blood pressure and heart rate, and the subjective drug effects. Duloxetine inhibited the pharmacodynamic response to MDMA despite an increase in duloxetine-associated elevations in plasma MDMA levels. The findings confirm the important role of MDMA-induced 5-HT and NE release in the psychotropic effects of MDMA. Duloxetine may be useful in the treatment of psychostimulant dependence.

Endothelialization of sirolimus-eluting stents with slow and extended drug release in the porcine overstretch model

BACKGROUND: Vascular healing of intracoronary stents has been shown to be delayed in drug-eluting stents (DES) due to the cytotoxic compounds on the stent surface that prevent stent ingrowth and endothelialization. The lack of endothelialization explains the occurrence of late and very late stent thrombosis in DES. MATERIALS AND METHODS: In 11 house swines (body weight 38-45 kg), 3 stents were implanted randomly into the 3 large epicardial coronary arteries, namely a bare-metal stent (BMS), a sirolimus-eluting stent with slow-release (SES) and a SES with extended-release (SESXR). Stent length was 18 mm, and stent diameter 3 mm. All stents were of identical design. Animals were followed for 3 (n = 3), 7 (n = 4) and 14 (n = 4) days, respectively. One animal died before implantation due to hyperthermia. On the day of explantation, the animals were euthanized and endothelialization was tested by scanning electron microscopy after drying and sputtering the samples. Endothelial coverage was determined semiquantitatively by 2 observers. RESULTS: Endothelialization was more rapid with BMS and SESXR than SES at 3 and 14 days. At 7 days there were no significant differences between the 2 SES. CONCLUSIONS: Endothelialization of intracoronary stents is faster with BMS and SESXR at 3 days than with SES. These differences persist at 14 days, suggesting delayed vascular healing with the slow-release SES.