Analyzing drug load and release from pharmaceutical nanocarriers for the treatment of inflammatory bowel diseases

Abstract

In the context of new strategy development for the treatment of inflammatory bowel diseases, especially Crohn’s disease and ulcerative colitis, nanoparticular systems are considered as promising alternatives to the current treatments. Indeed, because of the accumulation of supramolecular objects in the epithelium of inflammatory bowel, a passive targeting could be achieved using drug carriers with the aim of increasing the efficacy and the safety for the patient. The objective of the present dissertation is to establish appropriate analytical methods to characterize nanocarriers and secondarily microcarriers. Two different types of formulations, namely the lipid nanoparticles (Lipidot®) and the poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microand nanoparticles were investigated. Studies were performed using budesonide and cyclosporine A as active pharmaceutical ingredients (API). In vitro drug release testing methods based on the derivative spectrophotometry using a fiber optic system were successfully developed for PLGA drug carriers whereas for the first time a solid phase extraction method for nanoparticles was designed and implemented to evaluate the carrying performances of the Lipidot®. Furthermore, the concept of automation was strongly considered during the selection step of analytical techniques with the following outlook: speed up the commercialization of nanopharmaceuticals.

Im Rahmen der Entwicklung von neuen Strategien für die Behandlung von entzündlichen Darmerkrankungen, hauptsächlich Morbus Crohn und Colitis ulcerosa, werden Nanopartikularsysteme als vielversprechende Alternativen zu aktuellen Behandlungen betrachtet. Tatsächlich könnte, aufgrund einer Akkumulation von supramolekularen Partikeln im Epithelium von entzündlichen Geweben, ein „passive targeting“ mit Nanoträgern erreicht werden und somit zu einer erhöhten Wirksamkeit und größeren Sicherheit für den Patienten führen. Die vorliegende Dissertation beabsichtigt geeignete analytische Methoden zu entwickeln, um nanopartikulare/mikropartikulare Träger zu charakterisieren. Zwei verschiedene Formulierungen für den Transport von Wirkstoffen, nämlich die Lipid-Nanopartikel (Lipidot®) und die Poly(lactid-co-Glycolid) (PLGA) Mikro- und Nanopartikel wurden untersucht. Für die Experimente wurden Budesonid und Cyclosporine A ausgewählt. In vitro Freisetzungsmethoden wurden für PLGA-Wirkstoffträger mit einer Kombination aus Ableitungsspektrophotometrie und einem Fiberoptic Freisetzungssystem erfolgreich entwickelt. Außerdem, wurde erstmalig eine Festphasenextraktionsmethode für die Evaluierung der Beladung von Lipidot® für verkapselte Wirkstoffe entwickelt und angewendet. Darüber hinaus wurde besonderer Wert auf das Konzept der Automatisierung während der Methodenentwicklung gelegt, um die Kommerzialisierung von Nanopharmazeutika zu beschleunigen.