Sprühgetrocknete Polylaktid, Poly(laktid-co-glykolid) Mikropartikel zur Steuerung der Freisetzung aus pulmonalen Arzneiformen

Zusammenfassung Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, pharmazeutisch-technologische Möglichkeiten der Retardierung bei ausgewählten Antiasthmatika zur pulmonalen Applikation anzuwenden. Dafür sollten Mikropartikel hergestellt und pharmazeutisch sowie biopharmazeutisch charakterisiert werden. Als Modellsubstanzen werden das Glukokortikoid Budesonid und das β2-Sympathomimetikum Salbutamol in Form seiner Base und seines Salzes verwendet. Die Auswahl erfolgt nach physikochemischen (Lipophilie, Molekulargewicht) und therapeutischen (Halbwertszeit der Wirkung, Applikationsfrequenz) Gesichtspunkten. Mikropartikel auf Polymerbasis ermöglichen eine kontrollierte Freigabe der Arzneistoffe über einen vorausbestimmten Zeitraum. Es erfolgt die Auswahl physiologisch unbedenklicher Hilfsstoffe (Polylaktide R 202H/ Poly(laktid-co-glykolide) RG 502H, RG 752-S) mit unterschiedlichen Anteilen an Coglykolid sowie unterschiedlichen Molekulargewichten, die sich prinzipiell zur Verzögerung der Freisetzung eignen und sich bei der parenteralen Applikation bereits bewährt haben. Die Sprühtrocknung wird als geeignetes pharmazeutisch-technologisches Verfahren zur Präparation von Mikropartikeln im Teilchengrößenbereich von 1- 10 Mikrometern beschrieben, welche den Wirkstoff mit möglichst hoher Beladung verkapselt. Die sprühgetrockneten Pulver sollen pharmazeutisch physikochemisch mittels Rasterelektronenmikroskopie (Morphologie), Laserdiffraktometrie (Teilchengrößenverteilung), DSC und Röntgenpulverdiffraktometrie (thermisches Verhalten) und mittels Stickstoff-Tief-Temperatur Adsorptionsverfahren (spezifische Oberfläche) charakterisiert werden. Zusätzlich wird die Wirkstoffbeladung der sprühgetrockneten Polymer-Mikropartikel mittels HPLC ermittelt. Die biopharmazeutische Charakterisierung der sprühgetrockneten Pulver erfolgt über die in-vitro Freigabekinetik und die Stabilität der Mikropartikel. Zusätzlich werden Versuche an Zellkulturen und in-vivo Versuche an Mäusen durchgeführt, um die Effekte der sprühgetrockneten Mikropartikel und des Hilfsstoffs hinsichtlich der Freisetzungsretardierung zu testen. Bei den in-vivo Versuchen werden der Atemwegswiderstand und die Verlängerung der exspiratorischen Phase (penh) als Parameter für einen antiasthmatischen Effekt gewählt. Die Lungenlavage Flüssigkeit wird zusätzlich überprüft. Die Ergebnisse zeigen, dass es mit Hilfe der Sprühtrocknung möglich ist, Polymer-Mikropartikel herzustellen, die aufgrund ihrer Partikelgröße von d50 ≤ 5,8 µm fähig sind, die unteren Abschnitte der Lunge zu erreichen. Die Morphologie der Mikropartikel ist abhängig vom zu versprühenden Produkt. Thermodynamisch und röntgenpulverdiffraktometrisch betrachtet handelt es sich um amorphe Produkte, die aber über lange Zeit in diesem Zustand stabil sind. Die Wiederfindung der eingesetzten Arzneistoffmenge in den sprühgetrockneten Polymer-Mikropartikeln und die Freigabeversuche zur Charakterisierung der Retardierungseigenschaften der verwendeten Polymere ergeben, dass es mit Hilfe der Sprühtrocknung von Budesonid und Salbutamol mit den Polymeren möglich ist, retardierende Mikropartikel herzustellen. Die Wiederfindung von Budesonid und Salbutamol in den sprühgetrockneten Polymer-Mikropartikeln entspricht nahezu der eingesetzten Menge. Bei Salbutamolsulfat ist dies nicht der Fall. In Zellkulturversuchen der murinen Zellinie RAW 264.7 ergaben sich Hinweise darauf, dass bei Konzentrationen von 10-6 M und 10-8 M, die Downregulation der IL-6 Konzentration durch die Sprüheinbettung von 9,1 % Budesonid mit PLGA in stärkerem Ausmaß erfolgte, als bei unverkapseltem Budesonid. Zusätzlich wurden in-vivo Versuche mit intranasaler und intraperitonealer Gabe durchgeführt. Die Budesonid-Polymer Sprüheinbettung wurde mit unverkapseltem Budesonid vergleichen. Nach intraperitonealer Gabe hatte die Sprüheinbettung mit Budesonid die besten Effekte hinsichtlich der Unterdrückung des penh und des Atemwegswiderstands auch bei steigenden Metacholinkonzentrationen. Die Auswertung der Lungenlavage Flüssigkeit zeigt sehr deutlich die Downregulation der IL-6 Konzentration in der Lunge durch die Sprüheinbettung mit Budesonid. Zur Zeit werden Vorbereitungen getroffen, ein Gerät zu testen, das in der Lage ist, ein Mikrospray zu generieren, so dass eine intratracheale Verabreichung möglich wäre.

Neue Aspekte zur effektiven bronchialen Applikation inhalativer Medikamente im Kindesalter

Zur bronchialen Deposition von Arzneimitteln stehen im Wesentlichen drei Inhalationssysteme zur Verfügung: (1) Dosier-Aerosole (pressurized Metered Dose Inhaler, pMDI), (2) Trockenpulver-Inhalatoren (Dry Powder Inhaler, DPI) und (3) Druckluftvernebler zur Feuchtinhalation. Der Erfolg einer Inhalationstherapie hängt neben anderen Faktoren (s.u.) wesentlich vom Depositionsverhalten des als Aerosol inhalierten Medikamentes ab. Wie viel wirksame Substanz lagert sich an welchen Stellen der Atemwege ab und welche Dosis erreicht letztlich die kleinen Atemwege? Einflussfaktoren sind hier vor allem die Partikelgröße und die Inhalationstechnik. So verlangen beispielsweise DPI’s einen respiratorischen Spitzenfluss (PIF) von mindestens 30 l/min, wohingegen bei der Verwendung von pMDI’s ein gleich bleibender PIF von 40 bis 90 l/min erwünscht ist. Die für das jeweilige Inhalationssystem optimale Atemtechnik muss also vom Patienten erlernt werden. Mit den eigenen Arbeiten soll das Verständnis inhalativer Vorgänge sowie die bronchiale Deposition von inhalativen Medikamenten bei pädiatrischen Patienten verbessert werden. Aus der Vielzahl der Inhalatoren wählten wir für unsere Versuche fünf Systeme aus, deren unterschied-liche Anforderungen an den Patienten repräsentativ überprüft wurden: (1) DPI mit mittlerem Widerstand: Diskus®, (2) DPI mit hohem Widerstand: Turbohaler®, (3) pMDI: Autohaler®, (4) pMDI für Säuglinge: Budiair® mit verschiedenen Vorsatzkammern (Babyhaler®, AeroChamber® Plus small und medium) und (5) nachfüllbarer DPI mit niedrigem Widerstand: MAGhaler®. Für unsere Studien unverzichtbar war außerdem ein Testsystem, mit dem die Fähigkeit der Patienten überprüft und verbessert werden kann, einen bestimmten Inhalator effektiv zu benutzen, d.h. das gewünschte Atemmanöver durchzuführen und damit eine optimale Medikamenten-Deposition zu erreichen. Erste Untersuchungen ergaben, dass die kommerziell auf dem Markt verfügbaren Testsysteme suboptimal sind, weil sie sich nur auf die Messung des PIF’s konzentrieren und andere für die Deposition wichtige Parameter (Beschleunigung, Inhaltionsdauer etc.) außer Acht lassen. Wir entwickelten daher den Inhalation-Manager, der die Dokumentation des gesamten Atemmanövers ermöglicht. Es handelt sich dabei um ein computerbasiertes Mess- und Kontrollsystem, das unmittelbar nach der Inhalation ein optisches feedback des gesamten Manövers inklusive des generierten Partikelspektrums liefert. Die daraus weiterentwickelte Schulungssoftware ermöglicht die individuelle Schulung verschiedener Inhalationsmanöver auch mit neuen Inhalatoren. Patient und Arzt erhalten eine optische Rückmeldung, die den Erfolg oder Misserfolg der Inhalation erkennen lässt. Erste Schulungen mit dem neuen System von pädiatrischen Patienten mit Asthma bronchiale verliefen positiv: der Anteil der optimalen Inhalationsmanöver und damit auch der Therapieerfolg stiegen an. Allerdings zeigte sich auch, dass verschiedene Systeme nicht gleichzeitig geschult werden sollten. Generelle Schwierigkeiten bereitet die Inhalationstherapie von Kindern bis etwa zum 4. Geburtstag, da diese meist gar kein Inhalationsmanöver erlernen können. Die Medikamente müssen somit durch den Ruheatemfluss ins Bronchialsystem transportiert werden, wobei Dosieraerosole mit Vorsatzkammern (Spacer) oder Vernebler mit Masken zum Einsatz kommen sollten. Bei der Inhalation mit Spacer war bislang unklar, wie viel Prozent der Nominaldosis letztlich in die Lunge gelangen und therapeutisch wirksam werden. Unsere in-vitro Studien mit einem Dosieraerosol und verschiedenen Spacern zeigten, dass nach fünf Atemzügen maximal 20% der Nominaldosis das Gerät bzw. den Spacer verlassen. Nach nur einem Atemzug und bei Verwendung bestimmter Spacer (großes Totraumvolumen) beträgt dieser Wert sogar nur 5%. Dieses Ergebnis belegt, dass man vom Säuglings- bis zum Erwachsenenalter nahezu die gleiche Nominaldosis verabreichen kann, da durch unterschiedliche Inhalationsmanöver und –systeme die wirksame Dosis extrakorporal auf die altersentsprechende Dosis reduziert wird. Ein besonderes Problem ergibt sich schließlich bei der Feuchtinhalation mit Druckluftverneblern. Hier darf die Kompatibilität von unterschiedlichen Inhalationslösungen nicht außer Acht gelassen werden. So gaben in unserer Mukoviszidose-Ambulanz viele Betroffene an, aus Zeitgründen unterschiedliche Inhalationslösungen bei der Feuchtinhalation zu mischen. Physikalisch-chemische Inkompatibilitäten können dann die Wirksamkeit der Therapie beeinträchtigen und auch zu unerwünschten Nebenwirkungen führen. In einer interdisziplinären Arbeitsgruppe mit Chemikern und Pharmazeuten untersuchten wir daher die Mischbarkeit von häufig genutzten Inhalationslösungen (Salbutamol, Ipratropium, Cromoglicinsäure, Budenosid, Tobramycin und Dornase Alpha) und stellten die Ergebnisse (mögliche Inhaltionskombinationen) tabellarisch zusammen.

Generierung leicht dispergierbarer Inhalationspulver mittels Sprühtrocknung

Das Ziel dieser Arbeit besteht darin, die Möglichkeiten der Sprühtrocknung für die Generierung von Inhalationspulvern zur Therapie von Lungenkrankheiten zu nutzen. Die Erzeugung von physikalisch stabilen und leicht dispergierbaren Partikeln steht hierbei im Vordergrund. Aufgrund von physiko-chemischen Untersuchungen (Glasübergangstemperatur, Fragilität, Relaxationsverhalten, Hygroskopizität) unterschiedlicher amorpher Hilfsstoffe (Lactose, Raffinose, Dextrane, Cyclodextrine) ist für Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin das größte Potential für die Stabilisierung eines Wirkstoffes innerhalb einer amorphen Matrix erkennbar. Sprühgetrocknete Partikel weisen im Vergleich zu strahlgemahlenen Partikeln günstigere Dispergier- und Depositionseigenschaften auf. Dies ist vorrangig auf größere Berührungsflächen zwischen strahlgemahlenen Partikeln zurückzuführen. Kugelförmige sprühgetrocknete Partikel besitzen dagegen aufgrund einer punktförmigen Berührung geringere Haftkräfte. Versuche mit unterschiedlich stark gefalteten Partikeloberflächen weisen auf geringere Haftkräfte hin, wenn sich die Partikel an Stellen geringerer Krümmungsradien berühren. Dispergierversuche in einer definierten Rohrströmung (Deagglomerator) lassen auf einen kaskadenartigen Agglomeratzerfall schließen. Durch Sprüheinbettung unterschiedlicher Modellwirkstoffe (Salbutamolsulfat, Ipratropiumbromid, Budesonid) in Hydroxypropyl-β-Cyclodextrin konnten sowohl Einzelformulierungen als auch eine Kombinationsformulierung mit allen drei Wirkstoffen erzeugt werden. Diese weisen bei einem Wirkstoffgehalt bis max. 14% selbst nach vierwöchiger Offenlagerung bei 40°C und 75% r.F. keine bzw. nur geringfügige Veränderungen in der „Fine Particle Dose“ (FPD) auf. Die „Fine Particle Fraction“ (FPF) liegt bei diesen Formulierungen im Bereich von 40% bis 75%. In Verbindung mit einem geeigneten Pack- bzw. Trockenmittel, ist hierbei mit einer physikalischen Stabilität zu rechnen, die eine sinnvolle Produktlaufzeit eines Inhalationspulvers ermöglicht. Formulierungen mit höheren Wirkstoffkonzentrationen zeigen dagegen stärkere Veränderungen nach Stresslagerung. Als Beispiel einer kristallinen Sprühtrocknungsformulierung konnte ein Pulver bestehend aus Mannitol und Budesonid erzeugt werden.

Vibrating Membrane Devices Deliver Aerosols More Efficient than Standard Devices: A Study in a Neonatal Upper Airway Model

Abstract Background: Aerosol therapy in preterm infants is challenging, as a very small proportion of the drug deposits in the lungs. Aim: Our aim was to compare efficiency of standard devices with newer, more efficient aerosol delivery devices. Methods: Using salbutamol as a drug marker, we studied two prototypes of the investigational eFlow(®) nebulizer for babies (PARI Pharma GmbH), a jet nebulizer (Intersurgical(®) Cirrus(®)), and a pressurized metered dose inhaler (pMDI; GSK) with a detergent-coated holding chamber (AeroChamber(®) MV) in the premature infant nose throat-model (PrINT-model) of a 32-week preterm infant (1,750 g). A filter or an impactor was placed below the infant model's "trachea" to capture the drug dose or particle size, respectively, that would have been deposited in the lung. Results: Lung dose (percentage of nominal dose) was 1.5%, 6.8%, and 18.0-20.6% for the jet nebulizer, pMDI-holding chamber, and investigational eFlow nebulizers, respectively (p<0.001). Jet nebulizer residue was 69.4% and 10.7-13.9% for the investigational eFlow nebulizers (p<0.001). Adding an elbow extension between the eFlow and the model significantly lowered lung dose (p<0.001). A breathing pattern with lower tidal volume decreased deposition in the PrINT-model and device residue (p<0.05), but did not decrease lung dose. Conclusions: In a model for infant aerosol inhalation, we confirmed low lung dose using jet nebulizers and pMDI-holding chambers, whereas newer, more specialized vibrating membrane devices, designed specifically for use in preterm infants, deliver up to 20 times more drug to the infant's lung.

Assessment of bronchodilator responsiveness in preschool children using forced oscillations

BACKGROUND: The forced oscillation technique (FOT) requires minimal patient cooperation and is feasible in preschool children. Few data exist on respiratory function changes measured using FOT following inhaled bronchodilators (BD) in healthy young children, limiting the clinical applications of BD testing in this age group. A study was undertaken to determine the most appropriate method of quantifying BD responses using FOT in healthy young children and those with common respiratory conditions including cystic fibrosis, neonatal chronic lung disease and asthma and/or current wheeze. METHODS: A pseudorandom FOT signal (4-48 Hz) was used to examine respiratory resistance and reactance at 6, 8 and 10 Hz; 3-5 acceptable measurements were made before and 15 min after the administration of salbutamol. The post-BD response was expressed in absolute and relative (percentage of baseline) terms. RESULTS: Significant BD responses were seen in all groups. Absolute changes in BD responses were related to baseline lung function within each group. Relative changes in BD responses were less dependent on baseline lung function and were independent of height in healthy children. Those with neonatal chronic lung disease showed a strong baseline dependence in their responses. The BD response in children with cystic fibrosis, asthma or wheeze (based on both group mean data and number of responders) was not greater than in healthy children. CONCLUSIONS: The BD response assessed by the FOT in preschool children should be expressed as a relative change to account for the effect of baseline lung function. The limits for a positive BD response of -40% and 65% for respiratory resistance and reactance, respectively, are recommended.

Fluctuation analysis of lung function as a predictor of long-term response to beta2-agonists

The response to beta(2)-agonists differs between asthmatics and has been linked to subsequent adverse events, even death. Possible determinants include beta(2)-adrenoceptor genotype at position 16, lung function and airway hyperresponsiveness. Fluctuation analysis provides a simple parameter alpha measuring the complex correlation properties of day-to-day peak expiratory flow. The present study investigated whether alpha predicts clinical response to beta(2)-agonist treatment, taking into account other conventional predictors. Analysis was performed on previously published twice-daily peak expiratory flow measurements in 66 asthmatic adults over three 6-month randomised order treatment periods: placebo, salbutamol and salmeterol. Multiple linear regression was used to determine the association between alpha during the placebo period and response to treatment (change in the number of days with symptoms), taking into account other predictors namely beta(2)-adrenoceptor genotype, lung function and its variability, and airway hyperresponsiveness. The current authors found that alpha measured during the placebo period considerably improved the prediction of response to salmeterol treatment, taking into account genotype, lung function or its variability, or airway hyperresponsiveness. The present study provides further evidence that response to beta(2)-agonists is related to the time correlation properties of lung function in asthma. The current authors conclude that fluctuation analysis of lung function offers a novel predictor to identify patients who may respond well or poorly to treatment.

A novel cell compatible impingement system to study in vitro drug absorption from dry powder aerosol formulations

A modified Astra type multistage liquid impinger (MSLI) with integrated bronchial cell monolayers was used to study deposition and subsequent drug absorption on in vitro models of the human airway epithelial barrier. Inverted cell culture of Calu-3 cells on the bottom side of cell culture filter inserts was integrated into a compendial MSLI. Upside down cultivation did not impair the barrier function, morphology and viability of Calu-3 cells. Size selective deposition with subsequent absorption was studied for three different commercially available dry powder formulations of salbutamol sulphate and budesonide. After deposition without size separation the absorption rates from the aerosol formulations differed but correlated with the size of the carrier lactose particles. However, after deposition in the MSLI, simulating relevant impaction and causing the separation of small drug crystals from the carrier lactose, the absorption rates of the three formulations were identical, confirming the bioequivalence of the three formulations.

Beta2-adrenergic receptor agonists reduce proliferation but not protein synthesis of periodontal fibroblasts stimulated with platelet-derived growth factor-BB

OBJECTIVE Catecholamines released from β-adrenergic neurons upon stress can interfere with periodontal regeneration. The cellular mechanisms, however, are unclear. Here, we assessed the effect of catecholamines on proliferation of periodontal fibroblasts. METHODS Fibroblasts from the gingiva and the periodontal ligament were exposed to agonists of the β-adrenergic receptors; isoproterenol (ISO, non-selective β-adrenergic agonist), salbutamol (SAL, selective β2-adrenergic receptor agonist) and BRL 37344 (BRL selective β3-receptor agonist). Proliferation was stimulated with platelet-derived growth factor-BB (PDGF-BB). Pharmacological inhibitors and gene expression analysis further revealed β-adrenergic signalling. RESULTS Gingiva and periodontal ligament fibroblast express the β2-adrenergic receptor. ISO and SAL but not BRL decreased proliferation of fibroblasts in the presence of PDGF-BB. The inhibitory effect of β-adrenergic signalling on proliferation but not protein synthesis in response to PDGF-BB was reduced by propranolol, a non-selective β-adrenergic antagonist. CONCLUSIONS These results suggest that β2-receptor agonists can reduce the mitogenic response of periodontal fibroblasts. These data add to the compelling concept that blocking of β2-receptor signalling can support tissue maintenance and regeneration.

Postmarketing surveillance study of a non-chlorofluorocarbon inhaler according to the safety assessment of marketed medicines guidelines

Objective To evaluate the safety of a non-chlorofluorocarbon metered dose salbutamol inhaler.

Particle engineering for the production of respirable dry powder formulations

Hyaluronan (HA) plays an important role in lung pathophysiology. For this reason it has attracted great attention both as active ingredient and as excipient in treating lung diseases by direct pulmonary HA administration. The aim was the production of highly respirable and flowable HA powders either as a potential carrier for drug delivery or for being delivered directly by inhalation. Engineered sodium hyaluronate powders were produced by spray-drying technique. All the spray-dried powders were characterised in terms of particle size distribution, drug content, morphology and in vitro respirability. HA was successfully formulated with salbutamol sulphate in combination with leucine and highlighted remarkable aerodynamic performance (emitted dose equal to 83 % and FPF % equal to 97.1%). Moreover, HA colloidal solutions were designed and they were spray-dried. In order to improve particle aerodynamic characteristics, different types of excipients were investigated. In particular, stearylamine (5% w/w) allowed to obtain the best performance throughout the experimental set. Finally, in vitro biocompatibility was carried out by MTT assay and High Content Analysis for selected dry powder formulations and starting materials. The assays demonstrated the same outcome by confirming the HA biocompatibility and by producing the same rank of toxicity for the surfactants. The general conclusion of the project is that formulation containing HA and stearyl alcohol represents the best performing formulation.

Effect of lactose solid-state on the aerosolization performance of drug-carrier mixtures

Lactose, in particular α-lactose monohydrate, is the most used carrier for inhalation. Its surface and solid-state properties are of paramount importance in determining drug aerosolization performance. However, these properties may be altered by processing, such as micronization, thus affecting the product performance and stability. The present research project focused on the study of the effect of lactose solid-state on the aerosolization performance of drug-carrier mixtures, giving particular attention to the impact of micronization on lactose physico-chemical properties. The formation of a fraction of hygroscopic anhydrous α-lactose, rather than amorphous lactose, as a consequence of the mechanical stress stemming from micronization was evidenced by 1H NMR, XRPD and DSC analyses performed on samples of micronized lactose. The development of a new DVS method capable to identify and quantify different forms of α-lactose (hygroscopic anhydrous, stable anhydrous and amorphous), even simultaneously present in the same sample, confirmed the results obtained with the above-mentioned techniques. The influence of lactose solid-state on drug respirability was then evaluated through the preparation and in vitro aerodynamic assessment of ternary and binary mixtures containing two different drugs. In particular, the use, as carriers, of anhydrous forms of α-lactose in place of the conventional α-lactose monohydrate resulted in significantly improved respirability in the case of salbutamol sulphate and poorer performance in the case of budesonide. In an attempt to rationalize the obtained results, IGC was selected as a tool to investigate possible variations in the surface energy of the studied lactose carriers and APIs. A direct correlation between the total surface free energy of lactose carriers and drug respirability was not found. However, salbutamol sulphate and budesonide exhibited different specific surface free energy, to which the difference in the aerosolization performance may be, at least in part, ascribed.

A multicentre, randomized, double-blind, controlled trial of nebulized epinephrine in infants with acute bronchiolitis

Background The treatment of infants with bronchiolitis is largely supportive. The role of bronchodilators is controversial. Most studies of the use of bronchodilators have enrolled small numbers of subjects and have examined only short-term outcomes, such as clinical scores. Methods We conducted a randomized, double-blind, controlled trial comparing nebulized single-isomer epinephrine with placebo in 194 infants admitted to four hospitals in Queens-land, Australia, with a clinical diagnosis of bronchiolitis. Three 4-ml doses of 1 percent nebulized epinephrine or three 4-ml doses of normal saline were administered at four-hour intervals after hospital admission. Observations were made at admission and just before, 30 minutes after, and 60 minutes after each dose. The primary outcome measures were the length of the hospital stay and the time until the infant was ready for discharge. The secondary outcome measures were the degree of change in the respiratory rate, the heart rate, and the respiratory-effort score and the time that supplemental oxygen was required. Results There were no significant overall differences between the groups in the length of the hospital stay (P=0.16) or the time until the infant was ready for discharge (P=0.86). Among infants who required supplemental oxygen and intravenous fluids, the time until the infant was ready for discharge was significantly longer in the epinephrine group than in the placebo group (P=0.02). The need for supplemental oxygen at admission had the greatest influence on the score for severity of illness and strongly predicted the length of the hospital stay and the time until the infant was ready for discharge (P

Cardiac implications for the use of beta(2)-adrenoceptor agonists for the management of muscle wasting

There are proposals for the implementation of beta(2)-adrenoceptor agonists for the management of muscle wasting diseases. The idea has been initiated by studies in animal models which show that beta(2)-adrenoceptor agonists cause hypertrophy of skeletal muscle. Their use in clinical practice will also need an understanding of possible effects of activation of human heart beta(2)-adrenoceptors. Consequences could include an increased probability of arrhythmias in susceptible patients.

In vivo and in vitro aspects of imidazoline-2(1/2)sites within the central nervous system

The in vivo and in vitro characteristics of the I2 binding site were probed using the technique of drug discrimination and receptor autoradiography. Data presented in this thesis indicates the I2 ligand 2-BFI generates a cue in drug discrimination. Further studies indicated agmatine, a proposed endogenous imidazoline ligand, and a number of imidazoline and imidazole analogues of 2-BFI substitute significantly for 2-BFI. In addition to specific I2 ligands the administration of NRl's (noradrenaline reuptake inhibitors), the sympathomimetic d-amphetamine, the α1-adrenoceptor agonist methoxamine, but not the β1 agonist dobutamine or the β2 agonist salbutamol, gave rise to significant levels of substitution for the 2-BFI cue. The administration of the α1-adrenoceptor antagonist WB4101, prior to 2- BFI itself significantly reduced levels of 2-BFI appropriate responding. Administration of the reversible MAO-A inhibitors moclobemide and Ro41-1049, but not the reversible MAO-B inhibitors lazabemide and Ro16-6491, gave rise to potent dose dependent levels of substitution for the 2-BFI cue. Further studies indicated the administration of a number of β-carbolines and the structurally related indole alkaloid ibogaine also gave rise to dose dependent significant levels of substitution. Due to the relationship of indole alkaloids to serotonin the 5-HT releaser fenfluramine and a number of SSRI's (selective serotonin reuptake inhibitor) were also administered and these compounds gave rise to significant partial (20-80% responses to the 2-BFI lever) levels of substitution. The autoradiographical studies reported here indicate [3H]2-BFI labels I2 sites within the rat arcuate nucleus, area postrema, pineal gland, interpeduncular nucleus and subfornical organ. Subsequent experiments confirmed that the drug discrimination dosing schedule significantly increases levels of [3H]2-BFI 12 binding within two of these nuclei. However, levels of [3H]2-BFI specific binding were significantly reduced within four of these nuclei after chronic treatment with the irreversible MAO inhibitors deprenyl and tranylcypromine but not pargyline, which only reduced levels significantly in two. Further autoradiographical studies indicated that the distribution of [3H]2-BFI within the C57/B mouse compares favourably to that within the rat. Comparison of these levels of binding to those from transgenic mice who over-express MAO-B indicates two possibly distinct populations of [3H]2-BFI 12 sites exist in mouse brain. The data presented here indicates the 2-BFI cue is associated with the selective activation of α1-adrenoceptors and possibly 5-HT receptors. 2-BFI trained rats recognise reversible MAO-A but not MAO-B inhibitors. However, data within this thesis indicates the autoradiographical distribution of I2 sites bears a closer resemblance to that of MAO-B not MAO-A and further studies using transgenic mice that over-express MAO-B suggests a non-MAO-B I2 site exists in mouse brain.

Controlled release in inhalation

Increasingly complicated medication regimens associated with the necessity of the repeated dosing of multiple agents used in treating pulmonary disease has been shown to compromise both disease management and patient convenience. In this study the viability of spray drying to introduce controlled release vectors into dry powders for inhalation was investigated. The first experimental section highlights the use of leucine in producing highly respirable spray dried powders, with in vitro respirable fractions (Fine particle fraction, FPF: F < 5µm) exceeding 80% of the total dose. The second experimental chapter introduces the biocompatible polymer chitosan (mw 190 – 310 kDa) to formulations containing leucine with findings of increased FPF with increasing leucine concentration (up to 82%) and the prolonged release of the active markers terbulataline sulfate (up to 2 hours) and beclometasone dipropionate (BDP: up to 12 hours) with increasing chitosan molecular weight. Next, the thesis details the use of a double emulsion format in delivering the active markers salbutamol sulfate and BDP at differing rates; using the polymers poly-lactide co-glycolide (PLGA 50:50 and PLGA 75:25) and/or chitosan incorporating leucine as an aerosolisation enhancer the duration of in vitro release of both agents reaching 19 days with FPF exceeding 60%. The final experimental chapter involves dual aqueous and organic closed loop spray drying to create controlled release dry powders for inhalation with in vitro sustained release exceeding 28 days and FPF surpassing 55% of total loaded dose. In conclusion, potentially highly respirable sustained release dry powders for inhalation have been produced by this research using the polymers chitosan and/or PLGA as drug release modifiers and leucine as an aerosolisation enhancer.