Solubilisierung stark lipophiler Arzneistoffe in lipidhaltige ...

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23.10.2012 Aufrufe

Kapitel IV Solubilisation und Mizellbildung suchten Systemen und wurde mit der Lagerung der OS im lipophilen Aggregatkern in Zusammenhang gebracht. Die deutliche Zunahme der Mizellgröße und der positiven Ladung der Mizelle bei den HTAB-Systemen nach Zugabe der OS wurde hier auf die Entstehung deutlich größerer stäbchenförmiger Mischmizellen zurückgeführt. Bemerkenswert war dabei aber, dass diese Änderung der Mizellgröße eine Abhängigkeit von der Molekülgröße des solubilisierten Steroids aufwies. Dies wurde basierend auf den amphiphilen Eigenschaften dieser Steroide mit ihrer aktiven Unterstützung der Bildung stäbchenförmiger Mischmizellen und Erhöhung des Packungsparameters (PP) mit zunehmender Esterkettenlänge begründet. Durch die Bildung der großen P90G-NaGDC-MMS bzw. die Zunahme der Anzahl von aggregierten negativ geladenen Tensidmolekülen pro Mizelle wird eine Zunahme der negativen Oberflächenladung erwartet. Die große Anzahl eingebetteter Lecithinmoleküle im mizellaren Gerüst (µ L ≈ 0,5) gleicht aber diesen Effekt durch die Verringerung der Nettoladungsdichte auf der mizellaren Oberfläche (siehe z.B. das „radial shell“-Modell nach Ulmius et al. (1982) in Abb. 28) und womöglich auch durch die positiv geladenen Trimethylaminkopfgruppen der PL aus. Es kommt daher schließlich zu keiner deutlichen Änderung der erhaltenen effektiven Mobilität der Mischmizellen gegenüber den einfachen lipidfreien NaGDC-Mizellen bei der MAKE. Die OS-Moleküle lagern sich bei den Br35- Systemen im lipophilen öligen Aggregatkern, so dass es zu keiner Änderung der elektrischen Oberflächenladung der Aggregate kommt. Bei den HTAB-Systemen nimmt die positive effektive Oberflächenladung durch die Bildung großer OS-HTAB-MMS bzw. durch die erhöhte Aggregationszahl der HTAB-Moleküle mit relativ kleiner Anzahl der eingebetteten OS-Moleküle deutlich zu. Weiterhin führt die Lipidzugabe bei NaGDC- und Br35-Systemen zur Erhöhung der Polarität bzw. des Hydratationsgrades der äußeren Aggregatschicht im Vergleich zu den einfachen lipidfreien Systemen. Aufgrund der Änderungen im mizellaren Bau und Verringerung der Kettenadhäsion im hydrophoben Mizellinneren nach der OS-Zugabe bei den HTAB-Systemen verschieben sich die Solubilisationsstellen der eingebetteten Steroidmoleküle tiefer zu lipophileren Positionen innerhalb des mizellaren Gerüstes. Wegen seiner gewissen amphiphilen Eigenschaften und relativ kleinen Molekülgröße unterscheidet sich das T wesentlich von seinen Estern hinsichtlich der Einbettung bzw. der Solublisationsstellen im Aggregatgerüst. Während sich alle Testosteronester in den lipophilen Seiten innerhalb der Aggregatstrukturen einordnen, lässt sich T aus diesem Grund eher in den hydrophilen Seiten einbetten. Dies zeigte sich am deutlichsten in den NaGDC-Systemen, wobei sogar starke Hinweise auf seine vollständige Einordnung in der mizellaren Oberfläche gefunden wurden. Bei den HTAB-Systemen führte dies auch dazu, dass sich das T in einer voranschreitenden Position zwischen den sich gegenseitig abstoßenden Kopfgruppen des HTAB einordnete, wodurch sich wiederum die o.g. Abweichung des Solubilisationsverhaltens des T und seine große Solubilisation im einfachen HTAB-System begründen ließen. Bei den Br35-Systemen ergaben sich aus dem gleichen Grund auch Hinweise, dass sich T hauptsächlich weiter außen in der unhydratisierten Polyoxyethylenschicht im Vergleich zu den Testosteronestern solubilisieren lässt. Darüber hinaus unterscheidet sich das T-Molekül von den untersuchten Testosteronestern auch in seiner umgekehrten Orientierung innerhalb der Aggregate, wobei die Ketofunktion zum Mizellkern und die Hydroxylgruppe zur mizellaren Oberfläche gerichtet werden. 84

Kapitel IV Solubilisation und Mizellbildung Mit Ausnahme der Solubilisation des T im HTAB-System wurde ein einheitliches Solubilisationsverhalten der Steroide bei allen Systemen festgestellt. Dies zeigt sich in einer Zunahme der Solubilisation mit zunehmender Lipophilie bzw. Esterkettenlänge, bis die Größe des Moleküls eine Grenze erreicht (ca. 7-9 C-Atomen in der unverzweigten Esterkette), über die hinaus die Solubilisation wieder abnimmt. Ein Zusammenhang zwischen der Solubilisation und der Affinität des Steroids zur mizellaren Phase wurde ebenfalls demonstriert. Neben Struktur und Größe der Aggregate spielen auch die strukturellen Eigenschaften des Steroids wie seine Größe, Lipophilie und Verteilung der polaren und lipophilen Stellen in seiner Struktur eine wichtige Rolle in seiner Solubilisation und bestimmen seine Einbettungsweise innerhalb der Aggregate. Während sich beispielsweise die polaren Funktionen des Steroids wie die Hydroxylgruppe oder die konjugierte Ketofunktion die hydrophilen Stellen in den Aggregaten suchen und das Steroidmolekül in die Richtung der Aggregatoberfläche ziehen, suchen sich sein hydrophober steroidaler Ring und ggfs. sein hydrophober Esterrest die lipophilen Stellen im Aggregatinneren und ziehen es dementsprechend tiefer in die Gegenrichtung. Die Einbettung wird daher auch besonders begünstigt, wenn die zweitpolare Stelle in der Steroidstruktur wie die Ketogruppe oder ggfs. die Estergruppe in Wechselwirkung mit anderen polarisierbaren Stellen in der Umgebung wie z.B. der Doppelbindung der eingebetteten ungesättigten Lipide treten kann. Mit zunehmender Esterkettenlänge steigt die Lipophilie, aber auch die Größe des Testosteronesters an. Die letzten zwei Faktoren beeinflussen die Einbettung dieser Moleküle entgegengesetzt. Einerseits zieht die höhere Lipophilie das Molekül tiefer in das Aggregat und verbessert seine Solubilisation im lipophilen Aggregatinneren. Andererseits muss das Steroidmolekül aufgrund seiner wachsenden Größe weiter in Richtung Mizelloberfläche verschoben werden, v.a. wenn der lipophile mizellare Kern klein oder dicht gepackt ist. Infolgedessen verringert sich wieder die Solubilisation größerer Ester wie TU. Einen weiteren wichtigen Faktor stellt daher die Dichte der Packung der Kohlenwasserstoffreste im hydrophoben Mizellinneren dar, die meist durch Einfügung der ungesättigten Lipide aufgelockert wird. Die Endposition des solubilisierten Steroids im Aggregatbau sowie sein Solubilisationsverhalten werden im Endeffekt von der Wirkungssumme all dieser Faktoren zusammen bestimmt und spiegeln demzufolge den Kompromiss zwischen ihnen wider. 85

Kapitel IV Solubilisation und Mizellbildung<br />

suchten Systemen und wurde mit der Lagerung der OS im lipophilen Aggregatkern <strong>in</strong><br />

Zusammenhang gebracht. Die deutliche Zunahme der Mizellgröße und der positiven<br />

Ladung der Mizelle bei den HTAB-Systemen nach Zugabe der OS wurde hier auf die<br />

Entstehung deutlich größerer stäbchenförmiger Mischmizellen zurückgeführt. Bemerkenswert<br />

war dabei aber, dass diese Änderung der Mizellgröße e<strong>in</strong>e Abhängigkeit von<br />

der Molekülgröße des solubilisierten Steroids aufwies. Dies wurde basierend auf den<br />

amphiphilen Eigenschaften dieser Steroide mit ihrer aktiven Unterstützung der Bildung<br />

stäbchenförmiger Mischmizellen und Erhöhung des Packungsparameters (PP) mit<br />

zunehmender Esterkettenlänge begründet.<br />

Durch die Bildung der großen P90G-NaGDC-MMS bzw. die Zunahme der Anzahl von<br />

aggregierten negativ geladenen Tensidmolekülen pro Mizelle wird e<strong>in</strong>e Zunahme der<br />

negativen Oberflächenladung erwartet. Die große Anzahl e<strong>in</strong>gebetteter Lecith<strong>in</strong>moleküle<br />

im mizellaren Gerüst (µ L ≈ 0,5) gleicht aber diesen Effekt durch die Verr<strong>in</strong>gerung der<br />

Nettoladungsdichte auf der mizellaren Oberfläche (siehe z.B. das „radial shell“-Modell<br />

nach Ulmius et al. (1982) <strong>in</strong> Abb. 28) und womöglich auch durch die positiv geladenen<br />

Trimethylam<strong>in</strong>kopfgruppen der PL aus. Es kommt daher schließlich zu ke<strong>in</strong>er deutlichen<br />

Änderung der erhaltenen effektiven Mobilität der Mischmizellen gegenüber den e<strong>in</strong>fachen<br />

lipidfreien NaGDC-Mizellen bei der MAKE. Die OS-Moleküle lagern sich bei den Br35-<br />

Systemen im lipophilen öligen Aggregatkern, so dass es zu ke<strong>in</strong>er Änderung der elektrischen<br />

Oberflächenladung der Aggregate kommt. Bei den HTAB-Systemen nimmt die<br />

positive effektive Oberflächenladung durch die Bildung großer OS-HTAB-MMS bzw.<br />

durch die erhöhte Aggregationszahl der HTAB-Moleküle mit relativ kle<strong>in</strong>er Anzahl der<br />

e<strong>in</strong>gebetteten OS-Moleküle deutlich zu.<br />

Weiterh<strong>in</strong> führt die Lipidzugabe bei NaGDC- und Br35-Systemen zur Erhöhung der<br />

Polarität bzw. des Hydratationsgrades der äußeren Aggregatschicht im Vergleich zu den<br />

e<strong>in</strong>fachen lipidfreien Systemen. Aufgrund der Änderungen im mizellaren Bau und<br />

Verr<strong>in</strong>gerung der Kettenadhäsion im hydrophoben Mizell<strong>in</strong>neren nach der OS-Zugabe<br />

bei den HTAB-Systemen verschieben sich die Solubilisationsstellen der e<strong>in</strong>gebetteten<br />

Steroidmoleküle tiefer zu <strong>lipophiler</strong>en Positionen <strong>in</strong>nerhalb des mizellaren Gerüstes.<br />

Wegen se<strong>in</strong>er gewissen amphiphilen Eigenschaften und relativ kle<strong>in</strong>en Molekülgröße<br />

unterscheidet sich das T wesentlich von se<strong>in</strong>en Estern h<strong>in</strong>sichtlich der E<strong>in</strong>bettung bzw.<br />

der Solublisationsstellen im Aggregatgerüst. Während sich alle Testosteronester <strong>in</strong> den<br />

lipophilen Seiten <strong>in</strong>nerhalb der Aggregatstrukturen e<strong>in</strong>ordnen, lässt sich T aus diesem<br />

Grund eher <strong>in</strong> den hydrophilen Seiten e<strong>in</strong>betten. Dies zeigte sich am deutlichsten <strong>in</strong> den<br />

NaGDC-Systemen, wobei sogar <strong>stark</strong>e H<strong>in</strong>weise auf se<strong>in</strong>e vollständige E<strong>in</strong>ordnung <strong>in</strong> der<br />

mizellaren Oberfläche gefunden wurden. Bei den HTAB-Systemen führte dies auch<br />

dazu, dass sich das T <strong>in</strong> e<strong>in</strong>er voranschreitenden Position zwischen den sich gegenseitig<br />

abstoßenden Kopfgruppen des HTAB e<strong>in</strong>ordnete, wodurch sich wiederum die o.g.<br />

Abweichung des Solubilisationsverhaltens des T und se<strong>in</strong>e große Solubilisation im e<strong>in</strong>fachen<br />

HTAB-System begründen ließen. Bei den Br35-Systemen ergaben sich aus dem<br />

gleichen Grund auch H<strong>in</strong>weise, dass sich T hauptsächlich weiter außen <strong>in</strong> der unhydratisierten<br />

Polyoxyethylenschicht im Vergleich zu den Testosteronestern solubilisieren lässt.<br />

Darüber h<strong>in</strong>aus unterscheidet sich das T-Molekül von den untersuchten Testosteronestern<br />

auch <strong>in</strong> se<strong>in</strong>er umgekehrten Orientierung <strong>in</strong>nerhalb der Aggregate, wobei die<br />

Ketofunktion zum Mizellkern und die Hydroxylgruppe zur mizellaren Oberfläche gerichtet<br />

werden.<br />

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