Human skin drug delivery using biodegradable PLGA-nanoparticles

Abstract

During the last years transdermal drug delivery has gained increasing interest due to the high acceptance of patients. However the major problem of drug delivery via the cutaneous route are the barrier properties of the skin which are located in the stratum corneum. To study the potential of polymeric biodegradable nanocarriers on drug delivery to and through the skin the well known biodegradable copolymer poly(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA 50:50) was used as main component of the carrier system. As model drug flufenamic acid, an antiinflamatory drug, was incorporated. Nanoparticles in the size range of 200 to 400 nm were prepared by means of a solvent extraction technique. In vitro skin transport experiments using Franz diffusion cell systems and the Saarbrücken model showed an enhancement effect for encapsulated flufenamic acid independent of particle size. Surprisingly, also the presence of drug-free nanoparticles in a preparation (hydrogel) with flufenamic acid in solution has also increased the permeated amount of drug. As mechanism of action an acidic nano-environment around the particles could be identified by confocal laser scanning microscopy and permeation experiments using buffered and non-buffered preparations. Other studies have shown that nanoparticles were able to penetrate into the hair follicles when massage was used. These results underscore the potential of polymeric biodegradable nanoparticles as carriers for transdermal drug delivery. Especially, the acidic pH of the nano-environment of the particles might be an advantage to develop special formulations designed for acidic drugs or might be used to re-establish the physiological acidic pH on the skin surface.

Infolge der hohen Akzeptanz bei Patienten hat die transdermale Applikation von Arzneistoffen mittels Trägersystemen in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Für die kutane Arzneistoffinvasion stellen jedoch die Barriereeigenschaften der Haut, welche im Stratum corneum lokalisiert sind, ein großes Problem dar. Um das Potential polymerer, bioabbaubarer und nano-partikulärer Trägersysteme auf die Arzneistoffinvasion in und durch die Haut zu untersuchen, wurde das schon ausführlich charakterisierte sowie bioabbaubare Copolymer Poly-(D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA 50:50) als Trägermaterial eingesetzt. Als Modellarzneistoff wurde Flufenaminsäure, eine antiinflamatorisch wirksame Substanz, in die Nanopartikel inkoorperiert. Unter Verwendung der "Lösungsmittel Extraktions Technik" wurden Partikel im Größenbereich von 200 bis 400 nm hergestellt. Durch in vitro Experimente mit Franz-Diffusionszellen und dem Saarbruecker-Penetrationsmodell konnte gezeigt werden, dass, unabhängig von der Partikelgröße, der Arzneistofftransport verkapselter Flufenaminsäure in bzw. durch die Haut erhöht war. Überraschender Weise konnte bei Zugabe arzneistofffreier Nanopartikel in eine Zubereitung (Hydro-Gel) welche Flufenaminsäure in gelöster Form enthielt ebenfalls eine erhöhte Arzneistoffpermeation beobachtet werden. Mittels Konfokaler Mikroskopie und Permeationsexperimenten wurde als Wirkungsmechanismus, sowohl für gepufferte als auch für ungepufferte Präparationen, ein saurer pH-Wert im Nanometerbereich um die Partikel herum nachgewiesen. Des weiteren konnte gezeigt werden, daß Nanopartikel unter Anwendung einer Massage in Haarfollikel penetrieren. Die Ergebnisse unterstreichen das Potential polymerer, bioabbaubarer Nanopartikel als Trägersysteme für die transdermale Anwendung. Insbesondere der saure pH-Wert im Nanometerbereich um die Partikel könnte Vorteile für die Entwicklung spezieller Formulierungen für saure Arzneistoffe bieten. Weiterhin wäre auch eine mögliche Applikation zur Wiederherstellung des physiologischen, leicht sauren pH-Wertes der Hautoberfläche im Fall pathophysiologischer Veränderungen denkbar.