Solubilisierung stark lipophiler Arzneistoffe in lipidhaltige ...
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Kapitel IV Solubilisation und Mizellbildung Tenside sind, desto dichter wird ihre Packung und desto flachere Strukturen wie kristalline Gerüste entstehen. Der Abstand zwischen den benachbarten Tensidmolekülen nimmt proportional zur Differenz in der Kettenlänge der beiden Tenside zu. Obwohl solche Änderungen normalerweise sehr klein sind, haben sie großen Einfluss auf die Aggregateigenschaften. Selbst kleine Abweichungen von der Äquimolarität können infolge einer Störung des elektrostatischen Gleichgewichts eine drastische Änderung der Aggregatstruktur hervorrufen. Mit einem Überschuss vom kationischen Tensid entwickelt sich eine positive elektrische Ladungsdichte auf der Aggregatoberfläche und wächst die elektrostatische Abstoßung in der Kopfgruppenregion. Es entstehen demzufolge vorzugsweise Aggregatstrukturen wie Mischmizellen oder Vesikel, bei denen die Kopfgruppen eine größere effektive Oberfläche als bei den flacheren Strukturen zur Verfügung haben [291]. Abb. 33 Schematische Modellvorstellung zur Solubilisation in HTAB-Mizellen: einfache HTAB- Systeme mit Testosteron (a), einem kleinkettigen (b) oder einem langkettigen (c) Testosteronester; d: Solubilisation von Testosteron und seinen Estern in stäbchenförmigen HO-Mischmizellen Die verschiedenen bei der CONTIN-Analyse erhaltenen Verteilungen (Abb. 32) weisen generell auf zwei mögliche Aggregatformen hin: Schnell diffundierende Aggregate, die mit separierten Mischmizellen assoziiert werden können, und langsam diffundierende Aggregate, die mit der Entstehung flacherer Makrostrukturen, wie langen ellipsenförmigen oder zylindrischen Mischmizellen, oder mit einer Cluster-Bildung aus mehreren Aggregaten verbunden werden können. Die Anhäufung der Aggregate stieg bei diesen Untersuchungen mit zunehmendem Gehalt an T bzw. Testosteronester und führte nach einer gewissen Lagerungszeit und Überschreitung der Solubilisationskapazität, v.a. im Falle der OS-haltigen HTAB-Systeme oder Systeme mit TE, zur Cluster-Bildung und zur Instabilität des Systems in Form von Ausflockung der angehäuften Aggregate oder Entwicklung schleimiger Lösungen. Die Mizellgrößen der HO-Systeme waren viel größer als die der entsprechenden OS-freien. Sie stiegen auch analog zum Solubilisationsverhalten der Testosteronestergruppe mit zunehmender Esterkettenlänge bzw. Größe und Lipophilie des Steroids bis zur Anzahl von etwa 7 C Atomen in der unverzweigten Esterkette und sanken wieder über diese Kettenlänge hinaus (Abb. 31). Zum einen fällt die Ähnlichkeit zwischen den hier untersuchten Steroiden und den o.g. Aromaten als auch lipophile Ringstrukturen mit Polarisierbarkeit auf. Zum anderen kommen die große Symmetrie zwischen den Kettenlängen von HTAB und OS und die gegensätzliche Ladung ihrer Kopfgruppen in Betracht. Betrachtet man zudem die erhaltenen zwei 76
Kapitel IV Solubilisation und Mizellbildung verschiedenen Verteilungen bei der CONTIN-Analyse, ist diese drastische Änderung in der Mizellgröße basierend auf der oben eingeleiteten Diskussion höchstwahrscheinlich auf die Entstehung großer stäbchenförmiger (rod-like) Mischmizellen nach der Mischung mit OS zurückzuführen [262]. Die Solubilisation der hier untersuchten Steroide und die flache Struktur der stäbchenförmigen Aggregate scheinen sich auch gegenseitig zu begünstigen. Einerseits gibt es mehr Platz in den flacheren Strukturen der erhaltenen großen Mischmizellen mit OS v.a. für die größeren und lipophilen Estermoleküle (unterhalb ca. 7 C), deren Solubilisation wegen der Abnahme des Laplace-Drucks [262,285,297] im Mizellinneren mehr begünstigt wird. Dies spiegelte sich wiederum in einer Verbesserung der Solubilisation dieser Testosteronester in den HO-Systemen gegenüber den entsprechenden OS-freien (Abb. 25 und Abb. 26, IV.1.1.5) wider. Andererseits tragen diese Steroide mit ihren amphiphilen Strukturen zur Stabilisierung des Systems sowie zur Erhöhung des PP (v.a. die Testosteronester mit großem V der Esterketten) und somit der Entstehung flacherer Aggregatformen bei. Weiterhin kann die Solubilisationsverbesserung der Testosteronester in den HO-Systemen (siehe IV.1) auch auf eine Begünstigung ihrer Einbettung in den mizellaren Bau über die Wechselwirkung der polaren Esterfunktionen in ihrer Struktur mit der OS-Doppelbindung bzw. über Van-der-Waals’sche Bindungen auf dieser Ebene zurückgeführt werden. Die Mizelle wurde dementsprechend mit Zunahme der Größe, Konzentration (vergleich TP in Abb. 31) oder Solubilisation des Steroides auch größer. Jedoch reduziert sich die Mizellgröße wieder oberhalb einer Esterkettenlänge von ca. 7 C parallel zur Abnahme der Steroidsolubilisation. IV.3 Bestimmung der Kapazitätsfaktoren mittels MAKE Ziel dieser Untersuchungsreihe war es, den Unterschied zwischen den einfachen und den binären mizellaren Systemen hinsichtlich der Affinität des Steroids zu Mizellen zu charakterisieren. Dadurch war es aber auch möglich, Rückschlüsse auf die Verteilung der geladenen Zweitkomponente (OS) in der Mizelle zu ziehen, insbesondere im Falle der neutralen Br35-Systeme. IV.3.1 Ergebnisse Tabelle 13 Darstellung der mittels MAKE erhaltenen Ergebnisse und Vergleich mit der Solubilisation des T in den entsprechenden Systemen System (+DMSO+SIII) n k'± SA µ eff.10 -4 [cm²/Sec.V] SA(µ eff).10 -7 [cm²/Sec.V] Sol.(T) ± SA [µmol/ml] G+T 4 4,19±0,05 -2,17 ±16,48 0,31±0,03 GP+T 4 4,39±0,06 -2,16 ±8,84 0,76±0,03 H+T 3 14,71±0,45 2,01 ±7,90 3,51±0,08 HO+T 3 12,30±0,14 1,99 ±6,86 2,4±0,26 Diese Versuche konnten nur mit T durchgeführt werden, da es das einzige unter den anderen hier verwendeten Steroiden ist, welches eine gewisse Löslichkeit in SPB aufweist und somit einen Substanzpeak im Elektropherogramm ergeben kann. Dabei wurde T in Konzentrationen von 45 µg/ml (ca. 156 µM) eingesetzt. Diese Konzentration wurde so ausgewählt, dass sie weit über der Löslichkeit des T im reinen SPB lag, aber trotzdem so gering blieb, dass deren Einfluss auf die mizellare Größe ausgeschlossen wurde. Dies traf v.a. bei Systemen wie z.B. HO-Systemen zu, deren Mizellgröße sich schon als empfindlich gegenüber der Steroidkonzentration erwiesen hat ( IV.2). Die Ergebnisse der MMS 77
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verschiedenen Verteilungen bei der CONTIN-Analyse, ist diese drastische Änderung <strong>in</strong><br />
der Mizellgröße basierend auf der oben e<strong>in</strong>geleiteten Diskussion höchstwahrsche<strong>in</strong>lich<br />
auf die Entstehung großer stäbchenförmiger (rod-like) Mischmizellen nach der Mischung<br />
mit OS zurückzuführen [262].<br />
Die Solubilisation der hier untersuchten Steroide und die flache Struktur der<br />
stäbchenförmigen Aggregate sche<strong>in</strong>en sich auch gegenseitig zu begünstigen. E<strong>in</strong>erseits<br />
gibt es mehr Platz <strong>in</strong> den flacheren Strukturen der erhaltenen großen Mischmizellen mit<br />
OS v.a. für die größeren und lipophilen Estermoleküle (unterhalb ca. 7 C), deren<br />
Solubilisation wegen der Abnahme des Laplace-Drucks [262,285,297] im Mizell<strong>in</strong>neren<br />
mehr begünstigt wird. Dies spiegelte sich wiederum <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er Verbesserung der Solubilisation<br />
dieser Testosteronester <strong>in</strong> den HO-Systemen gegenüber den entsprechenden<br />
OS-freien (Abb. 25 und Abb. 26, IV.1.1.5) wider. Andererseits tragen diese Steroide mit<br />
ihren amphiphilen Strukturen zur Stabilisierung des Systems sowie zur Erhöhung des PP<br />
(v.a. die Testosteronester mit großem V der Esterketten) und somit der Entstehung<br />
flacherer Aggregatformen bei. Weiterh<strong>in</strong> kann die Solubilisationsverbesserung der<br />
Testosteronester <strong>in</strong> den HO-Systemen (siehe IV.1) auch auf e<strong>in</strong>e Begünstigung ihrer<br />
E<strong>in</strong>bettung <strong>in</strong> den mizellaren Bau über die Wechselwirkung der polaren Esterfunktionen<br />
<strong>in</strong> ihrer Struktur mit der OS-Doppelb<strong>in</strong>dung bzw. über Van-der-Waals’sche B<strong>in</strong>dungen<br />
auf dieser Ebene zurückgeführt werden. Die Mizelle wurde dementsprechend mit<br />
Zunahme der Größe, Konzentration (vergleich TP <strong>in</strong> Abb. 31) oder Solubilisation des<br />
Steroides auch größer. Jedoch reduziert sich die Mizellgröße wieder oberhalb e<strong>in</strong>er<br />
Esterkettenlänge von ca. 7 C parallel zur Abnahme der Steroidsolubilisation.<br />
IV.3 Bestimmung der Kapazitätsfaktoren mittels MAKE<br />
Ziel dieser Untersuchungsreihe war es, den Unterschied zwischen den e<strong>in</strong>fachen und den<br />
b<strong>in</strong>ären mizellaren Systemen h<strong>in</strong>sichtlich der Aff<strong>in</strong>ität des Steroids zu Mizellen zu charakterisieren.<br />
Dadurch war es aber auch möglich, Rückschlüsse auf die Verteilung der<br />
geladenen Zweitkomponente (OS) <strong>in</strong> der Mizelle zu ziehen, <strong>in</strong>sbesondere im Falle der<br />
neutralen Br35-Systeme.<br />
IV.3.1 Ergebnisse<br />
Tabelle 13 Darstellung der mittels MAKE erhaltenen Ergebnisse und Vergleich mit der<br />
Solubilisation des T <strong>in</strong> den entsprechenden Systemen<br />
System<br />
(+DMSO+SIII)<br />
n k'± SA<br />
µ eff.10 -4<br />
[cm²/Sec.V]<br />
SA(µ eff).10 -7<br />
[cm²/Sec.V]<br />
Sol.(T) ± SA<br />
[µmol/ml]<br />
G+T 4 4,19±0,05 -2,17 ±16,48 0,31±0,03<br />
GP+T 4 4,39±0,06 -2,16 ±8,84 0,76±0,03<br />
H+T 3 14,71±0,45 2,01 ±7,90 3,51±0,08<br />
HO+T 3 12,30±0,14 1,99 ±6,86 2,4±0,26<br />
Diese Versuche konnten nur mit T durchgeführt werden, da es das e<strong>in</strong>zige unter den<br />
anderen hier verwendeten Steroiden ist, welches e<strong>in</strong>e gewisse Löslichkeit <strong>in</strong> SPB aufweist<br />
und somit e<strong>in</strong>en Substanzpeak im Elektropherogramm ergeben kann. Dabei wurde T <strong>in</strong><br />
Konzentrationen von 45 µg/ml (ca. 156 µM) e<strong>in</strong>gesetzt. Diese Konzentration wurde so<br />
ausgewählt, dass sie weit über der Löslichkeit des T im re<strong>in</strong>en SPB lag, aber trotzdem so<br />
ger<strong>in</strong>g blieb, dass deren E<strong>in</strong>fluss auf die mizellare Größe ausgeschlossen wurde. Dies<br />
traf v.a. bei Systemen wie z.B. HO-Systemen zu, deren Mizellgröße sich schon als empf<strong>in</strong>dlich<br />
gegenüber der Steroidkonzentration erwiesen hat ( IV.2). Die Ergebnisse der MMS<br />
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