SciDok

Eingang zum Volltext in SciDok

Lizenz

Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:bsz:291-scidok-12780
URL: http://scidok.sulb.uni-saarland.de/volltexte/2007/1278/


Pulmonary epithelial cells as model to investigate in vivo drug absorption across the human air-blood barrier

Pulmonale epitheliale Zellkulturmodelle zur Untersuchung von in vivo Absorptionsvorgängen an der menschlichen Luft-Blut-Schranke

Bur, Michael

pdf-Format:
Dokument 1.pdf (11.211 KB)

Bookmark bei Connotea Bookmark bei del.icio.us
SWD-Schlagwörter: Zellkultur , Lunge , Permeabilität , Resorption , Arzneimittel
Freie Schlagwörter (Englisch): air-interface culture , air-interface deposition , Salbutamol , Budesonid , human alveolar epithelial cells
Institut: Fachrichtung 8.2 - Pharmazie
Fakultät: Fakultät 8 - Naturwissenschaftlich-Technische Fakultät III
DDC-Sachgruppe: Naturwissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Lehr, Claus-Michael (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 05.07.2007
Erstellungsjahr: 2007
Publikationsdatum: 13.09.2007
Kurzfassung auf Deutsch: The lung is more and more of interest for local as well as for systemic administration of drugs. Nevertheless, the development of modern inhalable medicines is moving forward only slowly. Especially the lack of safety and efficacy data combined with unsatisfactory in vitro models for the investigation of the complex processes on the air-blood barrier decelerates the development of new aerosol medicines.
In the first part of this thesis the transport of peptides with different molecular weight across submersed human alveolar epithelial cells has been investigated. The measured absorption/ secretion rates allow quantifying of permeability and the identification of active or passive transports, but the influence of formulation parameters like size or charge disappears after preparing solutions and adding these in the fluid filled apical compartment of submersed cell culture. However, with the aid of a relatively simple insufflator syringe and air interface cultivated cells, a deposition more close to the in vivo situation was possible. It was found that air interface deposition yielded higher absorption rates and that differences in particle size significantly influenced the absorption rates only after air interface deposition but not after liquid interface deposition. Even if the application with the insufflator syringe offers the opportunity to deposit dry particles on the air interface of cell monolayers the method wasn';t able to simulate in vivo relevant impaction processes. Especially in case of dry powder aerosols composed of large carrier lactose particles and adherent micronized drug crystals, impaction processes during aerosolisation normally accomplish separation of the drug from the carrier. Only the sufficiently small (< 5 µm) drug crystals are deposited in the deeper regions of the lung. As the insufflator fails to separate the drug crystals from the carrier lactose, and as the particle size of the carrier particles significantly influences the dissolution and absorption behaviour, a cell compatible aerosol impingement system was designed. A commercial available MSLI was modified to incorporate cell culture inserts in the relevant stages. Complex powder formulations could be size fractionated and the size fractions which are able to reach in vivo the deep lung were deposited on cell monolayers. Significantly changed absorption behaviour could be detected in dependency of cell culture fluid volume, particle size and deposition mode.
Kurzfassung auf Deutsch: Im ersten Teil der Dissertation wurde die Permeation von gelösten Peptiden mit verschiedenem Molekulargewicht durch Monolayer humaner alveolarer Epithelzellen untersucht. Auch wenn das Arbeiten mit Lösungen für die Untersuchung intestinaler Absorptionsvorgänge die in vivo Situation ausreichend genau wiedergibt, stellt diese Methode keine realistische Applikationsart für Aerosole dar, da die menschliche Luft-Blut-Schranke beim gesunden Patienten nur mit einem ausgesprochen dünnen Flüssigkeitsfilm bedeckt ist, der nur den hundertsten Teil der Dicke üblicher Flüssigkeitsschichten in submersen Zellkulturen ausmacht. Realitätsnah lassen sich jedoch Calu-3 Zellen als Modelle des Bronchialepithels, und primäre humane alveolare Epithelzellen als Modell der alveolaren Bereiche der Lunge, ohne flüssigkeitsgefülltes apikales Kompartiment kultivieren.
Im zweiten Teil der Arbeit wurde mittels solcher an der Luft-Grenzschicht kultivierter zellulärer Modelle untersucht inwiefern die Applikation als Lösung oder in Form eines trockenen Pulveraerosols den Transport von Arzneistoffen beeinflusst. Nach Deposition trockener Aerosolformulierungen auf Luft-Grenzschicht kultivierte Zellen konnten signifikant schnellere Resorptionsvorgänge gemessen werden. Obwohl die angewandte Applikation mittels einer Insufflator Spritze an sich schon eine sinnvolle Verbesserung von Transportexperimenten an Modellen der Luft-Blutschranke darstellt, berücksichtigt die Insufflator Spritze nicht alle Aerosol Charakteristika. Vor allem im Falle von Aerosolen mit Laktose Partikeln als Wirkstoffträger war die Insufflator Spritze nicht in der Lage die Separation der mikronisierten Arzneistoffkristalle von den wesentlich größeren Laktose Trägern zu bewerkstelligen. Um auch diese Prozesse wirklichkeitsnah zu simulieren wurde im dritten Abschnitt der Arbeit ein zellkompatibler Kaskaden-Impaktor entwickelt. In diesem war es möglich sowohl eine realistische Auftrennung der Aerosole nach der Partikelgröße als auch die Deposition der einzelnen Partikelfraktionen auf Luft-Grenzschicht kultivierte Zellmonolayer nachzuahmen.
Lizenz: Veröffentlichungsvertrag für Dissertationen und Habilitationen der Fakultät 8

Home | Impressum | Über SciDok | Policy | Kontakt | Datenschutzerklärung | English