Neue Untersuchungen zum Verordnungsmonitoring sowie zur Kompatibilität und Stabilität applikationsfertiger Zytostatika-Zubereitungen

Applikationsfertige Zytostatikazubereitungen werden heute unter der Verantwortung eines Apothekers in zentralisierten Herstellungsbereichen hergestellt. Weil die Verordnung der Chemotherapie ein großes Fehlerrisiko birgt, ist konsequentes Verordnungsmonitoring ein wesentlicher Teilprozess der zentralen Zytostatikazubereitung. rnDie aktuelle Umsetzung und die Ergebnisse des Verordnungsmonitorings in den Universitätskliniken Deutschlands wurden im Rahmen dieser Arbeit in einer prospektiven Erhebung erfasst. Als häufigste Verordnungsirrtümer wurden Dosisberechnungsfehler (48%), welche als von hoher Relevanz (78%) für die Patientensicherheit angesehen wurden, genannt. Die Inzidenz der Verordnungsfehler betrug durchschnittlich 0,77% bei rund 1950 Verordnungen pro Tag. Das konsequente Verordnungsmonitoring von pharmazeutischer Seite erfolgt höchst effizient und leistet einen hohen Beitrag zur Patienten- und Arzneimitteltherapiesicherheit in der Onkologie.rnFür die Herstellung der applikationsfertiger Zytostatika-Zubereitungen sind fundierte Kenntnisse zu deren physikalisch-chemischen Stabilität erforderlich. Zu neu zugelassenen Zytostatika und insbesondere Biologicals, stehen häufig noch keine Daten zur Stabilität der applikationsfertigen Lösungen zur Verfügung. Die Bestimmung der physikalisch-chemischen Stabilität war daher Gegenstand dieser Arbeit. Die applikationsfertigen Infusionslösungen der Purin-Analoga Nelarabin und Clofarabin (RP-HPLC), sowie des monoklonalen Antiköpers Trastuzumab (SEC, UV-Spektroskopie, SDS-Page), erwiesen sich über einen Zeitraum von mindestens 28 Tagen als stabil. Die Stabilität zweier Camptothecin-Derivate (Topotecan und Irinotecan) beladen auf DC Beads™, wie auch die Ladungskapazität und Kompatibilität mit Kontrastmitteln, wurde ebenfalls bewiesen. 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 Polymer-Wirkstoff-Antikörper-Konjugaten zur Anwendung in der Krebsimmuntherapie

Polymere Wirkstoffsysteme gewinnen im Bereich der biomedizinischen Forschung immer größeres Interesse. Vielversprechende Systeme für die Entwicklung von neuartigen Krebs-immun¬therapien stellen insbesondere Polymer-Konjugate dar. Das ideale Polymer-Konjugat besitzt eine Größe zwischen 10 nm und 100 nm, ist nicht zytotoxisch und zeigt keine Aggregation in humanem Blutserum. In der vorliegenden Arbeit wurde die Synthese und Charakterisierung von Polymer-Wirkstoff-Konjugaten zur Anwendung in der Krebsimmuntherapie behandelt. Erstes Ziel der Arbeit war es, geeignete polymere Trägersysteme für die in vivo Anwendung zu finden. Hierzu wurde zunächst die Stabilität verschiedener potentieller polymerer Träger-systeme (Nanohydrogele, Succinyliertes-Poly-L-Lysin (Bürste), ELP-Bürsten und Poly(2-oxazolin)bürsten) in humanem Serum untersucht. Weiterhin wurde die unspezifische Zellaufnahme in murinen dendritischen Zellen (DCs) analysiert. Es konnte gezeigt werden, dass vor allem neutrale bzw. zwitterionische Partikel eine hohe Serumstabilität sowie keine unspezifische Zellaufnahme zeigen. Um eine gezielte Adressierung der DCs des Immunsystems zu erreichen und dadurch eine Immunantwort gegenüber einem bestimmten Krebs Zelltyp zu induzieren, wurden Biokonjugate - auf Basis der Succinylierten-Poly-L-Lysin-(Bürste) sowie der Azid-funktionalisierten Poly(2-oxazolin)bürste (POx) – entwickelt, da diese Polymerbürsten keine bzw. kaum unspezifische Aufnahme in DCs zeigen. Hierbei diente der Antikörper aDEC205 der gezielten Adressierung von CD8+ DCs. Die weiteren bioaktiven Komponenten waren das tumorassoziierte Antigen (TAA) mit der Kernsequenz SIINFEKL zur Induktion einer spezifischen Immunantwort sowie der immunaktivierende TLR9 Ligand, CpG1826. Die Komponenten wurden nacheinander an die Fluoreszenz-markierten Polymere kon¬jugiert. Die Konjugation des Antikörpers erfolgte nach vorangegangener DIBO-Modifizierung über kupferfreie Click-Chemie. Mit einer optimierten Aufarbeitungsmethodik gelang es, aggregat-freie, unimere DIBO-modifizierte aDEC205 Antikörper zu isolieren. Für die succinylierten Poly-L-Lysine konnten keine eindeutigen sowie reproduzierbaren Ergebnisse erhalten werden, sodass sich im weiteren Verlauf der Arbeit auf die POx konzentriert wurde. Die Konjugation von aDEC205 an POx wurde mittels verschiedener physiko-chemischer Methoden (UV-VIS, SDS-PAGE, FCS, GPC, CLSM und FACS) gezeigt. Mit Hilfe von „Specific-Hybridization-Internalisation-Sensor“ Experimenten konnte eine spezifische Aufnahme des Konjugats in CD8+ DCs nachgewiesen werden. rnDie Konjugation von Antigen und CpG erfolgte ebenso nach entsprechender Modifizierung über kupferfreie Click-Chemie. SDS-PAGE, UV-VIS und FCS bestätigten eine erfolgreiche Kopplung. T-Zell-Proliferationsversuche ergaben für Antigen enthaltende Polymer-Konjugate eine CD8+ T-Zell-Aktivierung. Des Weiteren zeigten die POx keine bemerkenswerte Toxizität und deren Konjugate keine Aggregation in humanem Serum. rnrnDarüber hinaus wurde der Einfluss verschiedener Polymertopologien auf ihre Biodistribution sowie Blutzirkulation untersucht. Für die nach GPC-Fraktionierung erhaltenen verschiedenen Polymerfraktionen - hochmolekulare wurmartige Polymerbürsten, ellipsoidartige Polymer-bürsten und niedermolekulare kugelförmige Moleküle - konnten vielversprechende Ergebnisse erhalten werden.

Pharmacokinetics of isofraxidin in rat plasma after oral administration of the extract of acanthopanax senticosus using HPLC with solid phase extraction method

High-performance liquid chromatography coupled with solid phase extraction method was developed for determination of isofraxidin in rat plasma after oral administration of Acanthopanax senticosus extract (ASE), and pharmacokinetic parameters of isofraxidin either in ASE or pure compound were measured. The HPLC analysis was performed on a Dikma Diamonsil RP(18) column (4.6 mm x 150 mm, 5 microm) with the isocratic elution of solvent A (acetonitrile) and solvent B (0.1% aqueous phosphoric acid, v/v) (A : B = 22 : 78) and the detection wavelength was set at 343 nm. The calibration curve was linear over the range of 0.156-15.625 microg/ml. The limit of detection was 60 ng/ml. The intra-day precision was 5.8%, and the inter-day precision was 6.0%. The recovery was 87.30+/-1.73%. When the dosage of ASE is equal to pure compound caculated by the amount of isofraxidin, it has been found to have two maximum concentrations in plasma while the pure compound only showed one peak in the plasma concentration-time curve. The determined content of isofraxidin in plasma after oral administration of ASE is the total contents of free isofraxidin and its precursors in ASE in vitro. The pharmacokinetic characteristics of ASE showed the priority of the extract and the properities of traditional Chinese medicine.

HPLC method for preliminary analysis of constituents in rat blood after oral administration of the extract of Acanthopanax senticosus

An HPLC with SPE method has been developed for analysis of constituents in rat blood after oral administration of the extract of Acanthopanax senticosus (ASE). The plasma sample was prepared by SPE method equipped with Oasis HLB cartridge (3cc, 60 mg). The analysis was performed on a Dikma Diamonsil RP(18) column (4.6 mmx150 mm, 5 microm) with the gradient elution of solvent A (ACN) and solvent B (0.1% aqueous phosphoric acid, v/v) and the detection wavelength was set at 270 nm. The calibration curve was linear over the range of 0.156-15.625 microg/mL. The LOD was 60 ng/mL. The intraday precision was less than 5.80%, and the interday precision was less than 6.0%. The recovery was (87.30 +/- 1.73)%. As a result, 19 constituents were detected in rat plasma after oral administration of the ASE, including 11 original compounds in ASE and eight metabolites, and three of the metabolites originated from syringin in ASE. Six constituents were identified by comparing with the corresponding reference compounds.

Determination of urinary thymidine glycol using affinity chromatography, HPLC and post-column reaction detection : a biomarker of oxidative DNA damage upon kidney transplantation

Reactive oxygen species are generated during ischaemia-reperfusion of tissue. Oxidation of thymidine by hydroxyl radicals (HO) leads to the formation of 5,6-dihydroxy-5,6-dihydrothymidine (thymidine glycol). Thymidine glycol is excreted in urine and can be used as biomarker of oxidative DNA damage. Time dependent changes in urinary excretion rates of thymidine glycol were determined in six patients after kidney transplantation and in six healthy controls. A new analytical method was developed involving affinity chromatography and subsequent reverse-phase high-performance liquid chromatography (RP-HPLC) with a post-column chemical reaction detector and endpoint fluorescence detection. The detection limit of this fluorimetric assay was 1.6 ng thymidine glycol per ml urine, which corresponds to about half of the physiological excretion level in healthy control persons. After kidney transplantation the urinary excretion rate of thymidine glycol increased gradually reaching a maximum around 48 h. The excretion rate remained elevated until the end of the observation period of 10 days. Severe proteinuria with an excretion rate of up to 7.2 g of total protein per mmol creatinine was also observed immediately after transplantation and declined within the first 24 h of allograft function (0.35 + 0.26 g/mmol creatinine). The protein excretion pattern, based on separation of urinary proteins on sodium dodecyl sulphate-polyacrylamide gel electrophorosis (SDS-PAGE), as well as excretion of individual biomarker proteins, indicated nonselective glomerular and tubular damage. The increased excretion of thymidine glycol after kidney transplantation may be explained by ischaemia-reperfusion induced oxidative DNA damage of the transplanted kidney.

Determination of the ethylene oxide adduct S-(2-hydroxyethyl)cysteine by a fluorometric HPLC method in albumin and globin from human blood

A new method has been developed for the quantification of 2-hydroxyethylated cysteine resulting as adduct in blood proteins after human exposure to ethylene oxide, by reversed-phase HPLC with fluorometric detection. The specific adduct is analysed in albumin and in globin. After isolation of albumin and globin from blood, acid hydrolysis of the protein and precolumn derivatisation of the digest with 9-fluorenylmethoxycarbonylchloride, the levels of derivatised S-hydroxyethylcysteine are analysed by RP-HPLC and fluorescence detection, with a detection limit of 8 nmol/g protein. Background levels of S-hydroxyethylcysteine were quantified in both albumin and globin, under special consideration of the glutathione transferase GSTT1 and GSTM1 polymorphisms. GSTT1 polymorphism had a marked influence on the physiological background alkylation of cysteine. While S-hydroxyethylcysteine levels in "non-conjugators" were between 15 and 50 nmol/g albumin, "low conjugators" displayed levels between 8 and 21 nmol/g albumin, and "high conjugators" did not show levels above the detection limit. The human GSTM1 polymorphism had no apparent effect on background levels of blood protein 2-hydroxyethylation.

Combining HPLC-DAD and ICP-MS data for improved analysis of complex samples: Classification of the root samples from Cortex moutan

A combined data matrix consisting of high performance liquid chromatography–diode array detector (HPLC–DAD) and inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) measurements of samples from the plant roots of the Cortex moutan (CM), produced much better classification and prediction results in comparison with those obtained from either of the individual data sets. The HPLC peaks (organic components) of the CM samples, and the ICP-MS measurements (trace metal elements) were investigated with the use of principal component analysis (PCA) and the linear discriminant analysis (LDA) methods of data analysis; essentially, qualitative results suggested that discrimination of the CM samples from three different provinces was possible with the combined matrix producing best results. Another three methods, K-nearest neighbor (KNN), back-propagation artificial neural network (BP-ANN) and least squares support vector machines (LS-SVM) were applied for the classification and prediction of the samples. Again, the combined data matrix analyzed by the KNN method produced best results (100% correct; prediction set data). Additionally, multiple linear regression (MLR) was utilized to explore any relationship between the organic constituents and the metal elements of the CM samples; the extracted linear regression equations showed that the essential metals as well as some metallic pollutants were related to the organic compounds on the basis of their concentrations

HPLC analysis of plant sterol oxidation products

Increased interest in the cholesterol-lowering effect of plant sterols has led to development of plant sterol-enriched foods. When products are enriched, the safety of the added components must be evaluated. In the case of plant sterols, oxidation is the reaction of main concern. In vitro studies have indicated that cholesterol oxides may have harmful effects. Due their structural similarity, plant sterol oxidation products may have similar health implications. This study concentrated on developing high-performance liquid chromatography (HPLC) methods that enable the investigation of formation of both primary and secondary oxidation products and thus can be used for oxidation mechanism studies of plant sterols. The applicability of the methods for following the oxidation reactions of plant sterols was evaluated by using oxidized stigmasterol and sterol mixture as model samples. An HPLC method with ultraviolet and fluorescence detection (HPLC-UV-FL) was developed. It allowed the specific detection of hydroperoxides with FL detection after post-column reagent addition. The formation of primary and secondary oxidation products and amount of unoxidized sterol could be followed by using UV detection. With the HPLC-UV-FL method, separation between oxides was essential and oxides of only one plant sterol could be quantified in one run. Quantification with UV can lead to inaccuracy of the results since the number of double bonds had effect on the UV absorbance. In the case of liquid chromatography-mass spectrometry (LC-MS), separation of oxides with different functionalities was important because some oxides of the same sterol have similar molecular weight and moreover epimers have similar fragmentation behaviour. On the other hand, coelution of different plant sterol oxides with the same functional group was acceptable since they differ in molecular weights. Results revealed that all studied plant sterols and cholesterol seem to have similar fragmentation behaviour, with only relative ion abundances being slightly different. The major advantage of MS detection coupled with LC separation is the capability to analyse totally or partly coeluting analytes if these have different molecular weights. The HPLC-UV-FL and LC-MS methods were demonstrated to be suitable for studying the photo-oxidation and thermo-oxidation reactions of plant sterols. The HPLC-UV-FL method was able to show different formation rates of hydroperoxides during photo-oxidation. The method also confirmed that plant sterols have similar photo-oxidation behaviour to cholesterol. When thermo-oxidation of plant sterols was investigated by HPLC-UV-FL and LC-MS, the results revealed that the formation and decomposition of individual hydroperoxides and secondary oxidation products could be studied. The methods used revealed that all of the plant sterols had similar thermo-oxidation behaviour when compared with each other, and the predominant reactions and oxidation rates were temperature dependent. Overall, these findings showed that with these LC methods the oxidation mechanisms of plant sterols can be examined in detail, including the formation and degradation of individual hydroperoxides and secondary oxidation products, with less sample pretreatment and without derivatization.