@phdthesis{Loch2014,
  author    = {Christian Loch},
  title     = {Entwicklung von In vitro- Modellen zur Charakterisierung von ophthalmologischen Arzneiformen},
  journal    = {Development of in vitro models for the characterization of ophthalmic dosage forms},
  url       = {https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-001811-1},
  year      = {2014},
  abstract  = {In der modernen Augenheilkunde werden Injektionen und Implantate in periokulare Regionen oder direkt in den Glask{\"o}rper injiziert. Bei der Entwicklung neuer ophthalmologischer Implantate und Injektionen ist die In vitro-Testung der Wirkstofffreigabe und -verteilung von gro{\"s}er Bedeutung. Dabei stellen viele Testmethoden die In vivo-Situation nicht ausreichend dar. Einerseits bilden die Gewebe des Auges wie beispielsweise die Konjunktiva oder die Sklera Barrieren f{\"u}r den Transport des Arzneistoffes zum Wirkort. Andererseits ist der Einfluss der Gef{\"a}{\"s}systeme von Konjunktiva und Choroidea auf die Verteilung und Elimination des Arzneistoffes zu ber{\"u}cksichtigen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene Gewebe des Auges hinsichtlich ihrer Permeabilit{\"a}tseigenschaften untersucht. Als Ergebnis wurden die Permeabilit{\"a}tskoeffizienten von Ciprofloxacin, Lidocain, Timolol und Dexamethason f{\"u}r die Sklera, Konjunktiva, Kornea, den Retina-Choroidea-Komplex sowie f{\"u}r Kombinationen der aufgez{\"a}hlten Gewebe des Schweineauges erhalten. Als weitere Tiermodelle finden Gewebe von Rinder- und vor allem Kaninchenaugen in der ophthalmologischen Forschung Anwendung. Aus diesem Grund wurden die Permeabilit{\"a}tsstudien um die Membranen dieser zwei Spezies erweitert. Der Interspezies-Vergleich zeigte sehr gro{\"s}e Unterschiede in den Permeabilit{\"a}ten der Wirkstoffe durch die Gewebe auf, sodass die direkte {\"U}bertragbarkeit von Ergebnissen zwischen den Tieren und auf den Menschen nicht gew{\"a}hrleistet ist. Um die Barriere-Eigenschaften der Augengewebe in ein In vitro-Modell zu integrieren wurden synthetische Membranen, die mit den Permeabilit{\"a}tseigenschaften der Gewebe des Schweineauges {\"u}bereinstimmen, identifiziert. Diese Membranen wurden zur Simulation der nat{\"u}rlichen Gewebe des Auges in den Mittelteil der neu entwickelten Zwei-Kanal-Durchflusszelle eingespannt. Die Zwei-Kanal-Durchflusszelle besteht aus drei Teilen, wobei die zwei {\"a}u{\"s}eren Akzeptor-Kompartimente je einen Flusskanal, der mit Ringer-Puffer perfundiert wird, enthalten. Durch Etablierung physiologischer Flussraten entlang der korrespondierenden Membranen wurde der konjunktivale und choroidale Blutfluss und somit die Permeabilit{\"a}ten der Gewebe als auch der Einfluss der Blutgef{\"a}{\"s}e zusammen in einem In vitro-Modell ber{\"u}cksichtigt. Um den Einfluss der Str{\"o}mungsgeschwindigkeit in den Flusskan{\"a}len und des osmotischen Verh{\"a}ltnis zwischen Probe und Perfusionsmedium auf die Wirkstoffverteilung im System zu untersuchen, wurde eines der zwei Akzeptor-Kompartimente durch eine f{\"u}r Puffer und Wirkstoff undurchl{\"a}ssige Scheibe dicht verschlossen, sodass der Stofftransport nur in eine Richtung sattfinden konnte. Die Ergebnisse zeigten einen bedeutenden Einfluss dieser beiden Parameter auf die Wirkstoffverteilung. Bei Zuschaltung des zweiten perfundierten Akzeptor-Kompartiments der Zwei-Kanal-Durchflusszelle treten zwischen den Kompartimenten vermutlich Kr{\"a}fte wie zum Beispiel Querstr{\"o}mungen und hydrostatische Druckgef{\"a}lle auf. Basierend auf den erhaltenen Verteilungskurven der Wirkstoffe in der Zwei-Kanal-Durchflusszelle kann reine konzentrationsgesteuerte Diffusion durch die Membranen als alleiniger Transportmechanismus ausgeschlossen werden. Die beschriebenen Effekte m{\"u}ssen vor der Etablierung der Zwei-Kanal-Durchflusszelle als biorelevante In vitro-Methode f{\"u}r die Charakterisierung von periokularen Injektionen und Implantaten in weiteren Arbeiten durch {\"A}nderungen des Modelldesigns behoben werden. Neben den peripheren Geweben des Auges dient der Glask{\"o}rper als Applikationsort f{\"u}r Injektionen makromolekularer Arzneistoffe und Implantate, die den inkorporierten Arzneistoff {\"u}ber einen l{\"a}ngeren Zeitraum freigeben. Die intravitreale Freisetzung und Verteilung des Wirkstoffes ist f{\"u}r den therapeutischen Effekt von entscheidender Bedeutung. Um diese Prozesse in vitro zu charakterisieren wurde das Glask{\"o}rper-Modell entwickelt. Die Form und das Volumen des kugelf{\"o}rmigen Glaskorpus sind an die Geometrie des menschlichen Glask{\"o}rpers angepasst. Als Substitut f{\"u}r den nat{\"u}rlichen Glask{\"o}rper wurde ein Polyacrylamid-Gel modifiziert, sodass dieses in ausgew{\"a}hlten physiko-chemischen Eigenschaften dem nat{\"u}rlichen Glask{\"o}rper entspricht. Nach der Applikation des Wirkstoffes direkt in den Glask{\"o}rper muss dieser durch passive oder aktive Transportprozesse an den Wirkort im hinteren Augenabschnitt gelangen. Dabei wird die Wirkstoffverteilung im Glask{\"o}rper durch die Augenbewegung ma{\"s}geblich beeinflusst. Die Simulation verschiedener Augenbewegungen wurde mit der Entwicklung des Eye Movement Systems in ein In vitro-Modell umgesetzt. Das System ist in der Lage Geschwindigkeiten und Amplituden von langsamen bis schnellen Folgebewegungen, Sakkaden und Mikrosakkaden des Auges nachzuahmen. In die zentrale Halterung des Eye Movement Systems kann das Glask{\"o}rper-Modell integriert werden. Die Kombination aus Eye Movement System und Glask{\"o}rper-Modell bietet die M{\"o}glichkeit den Einfluss der verschiedenen Augenbewegungen auf das Freisetzungs- und Verteilungsverhalten von intravitrealen Injektionen und Implantaten zu untersuchen. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme der beiden Systeme wurden Verteilungsstudien mit Modellarzneistoffen verschiedener Molekularmassen durchgef{\"u}hrt. Die Ergebnisse der Studien zeigten, dass das Molekulargewicht im vollst{\"a}ndig mit Gel gef{\"u}llten Glask{\"o}rper-Modell Einfluss auf die Geschwindigkeit der vermuteten Umverteilungsprozesse im Glask{\"o}rper-Substitut hat. Mit zunehmendem Anteil der fl{\"u}ssigen Phase im Glask{\"o}rper-Modell unterschieden sich die erhaltenen Verteilungen zwischen den Versuchen mit und ohne Bewegung deutlich. Bei der Simulation der hinteren Glask{\"o}rperabl{\"o}sung besitzt die Bewegung des Modells einen essentiellen Effekt auf die Konvektions- und Umverteilungsprozesse im Glask{\"o}rper-Modell. Durch das Ersetzen prozentualer Anteile des Gels durch Ringer-Puffer konnten Bedingungen der hinteren Glask{\"o}rperabl{\"o}sung simuliert werden. Die Simulation des Alterungsprozesses bewirkte eine Zunahme der Konvektion im Glask{\"o}rper-Modell. Als Folge resultierte eine deutlich schnellere Umverteilung der injizierten Modellarzneistoffe. Die hintere Glask{\"o}rperabl{\"o}sung besitzt demzufolge einen gro{\"s}en Einfluss auf die Verteilung und darf in In vivo- und In vitro-Studien nicht vernachl{\"a}ssigt werden. Mit der Zwei-Kanal-Durchflusszelle und der Kombination aus Eye Movement System und Glask{\"o}rper-Modell sind Konzepte f{\"u}r die Charakterisierung von periokularen und intravitrealen Arzneiformen entwickelt worden. In den Modellen wurde besonderer Wert auf die Anlehnung an die In vivo-Situation gelegt. Durch die Ber{\"u}cksichtigung der okularen Blutfl{\"u}sse, die Simulation der Permeabilit{\"a}tseigenschaften bestimmter Gewebe des Auges durch entsprechende synthetische Membranen, die Etablierung verschiedener Arten der Augenbewegung und der Simulation des Glask{\"o}rpers durch das Polyacrylamid-Gel wurden biorelevante Voraussetzungen geschaffen, die bisher in keinen anderen In vitro- Modellen zu finden sind. Vor der Etablierung der Zwei-Kammer-Durchflusszelle sind weitere Ma{\"s}nahmen zur Unterbindung der physikalischen St{\"o}rfaktoren n{\"o}tig. Der theoretische Ansatz der Zwei-Kammer-Durchflusszelle konnte noch nicht in die Praxis umgesetzt werden. Unter Verwendung des Eye Movement Systems und des Glask{\"o}rper-Modells wird eine kosteng{\"u}nstige, einfache und schnelle Charakterisierung neuartiger intravitrealer Injektionen und Implantate unter In vitro- Bedingungen m{\"o}glich. Die methodische Etablierung des Eye Movement Systems ist erfolgt. Durch weitere Modifikationen kann das System in Zukunft noch n{\"a}her an die In vivo-Situation herangef{\"u}hrt werden.},
  language  = {de}
}