Dariah-Sohreh Seradj

• Der menschliche Gastrointestinaltrakt und die dort herrschenden Bedingungen sind für die Resorption und Metabolisierung von oral eingenommenen Arznei- und Darreichungsformen von entscheidender Bedeutung. Die Kenntnis der anatomischen und physiologischen Parameter ist daher für das Verständnis der resultierenden pharmakokinetischen Prozesse essenziell. In biorelevanten Freisetzungsmodellen sollen diese Parameter nachgebildet und somit eine Datengenerierung unabhängig von Tierversuchen und klinischen Studien bereits in frühen Phasen der Entwicklung ermöglicht werden. Die Entwicklung solcher In vitro-Modelle, die einzelne Kompartimente des GIT abbilden, ist hierfür unerlässlich. Berücksichtigt man die hohen inter- und intraindividuellen Unterschiede, wird deutlich, welche Herausforderung eine solche Entwicklung darstellt. Insbesondere die Diversität der intestinalen Mikrobiota, unterschiedliche Parameter bei Erkrankten im Vergleich zu Gesunden und weitere endogene und exogene Faktoren, wie z.B. der Lebensstil müssen hierbei berücksichtigt werden. Mit der Entwicklung des MimiCol wurde ein In vitro-Modell zur Abbildung der im Colon ascendens vorherrschenden physiologischen Parameter geschaffen. Um größere Datensätze zu erhalten und die Ausgangsbedingungen im Modell zu verbessern, wurde eine Weiterentwicklung zum MimiCol³ durchgeführt. Die damit geschaffenen Bedingungen erlauben die gleichzeitige Durchführung von drei Experimenten. Zunächst galt es, die Parameter vom MimiCol erfolgreich auf das MimiCol³ zu übertragen. Das vorherrschende anaerobe Milieu konnte mit deutlich niedrigeren Redoxpotentialen verbessert werden, was für die intestinale Mikrobiota von besonderer Bedeutung ist. Für Parameter, die aufgrund der Neuerungen wesentlichen Änderungen unterlagen, mussten notwendige Einstellungen in Vorversuchen ermittelt und verifiziert werden. So musste beispielsweise eine Schüttelgeschwindigkeit der Rüttelplatte im temperierten Wasserbad ermittelt werden, die sich als praktikabel erwies. Der neu etablierte Medienwechsel sollte unter anderem der Nährstoffversorgung der intestinalen Mikrobiota dienen, um diese kontinuierlich in der exponentiellen Wachstumsphase zu halten. Des Weiteren wurde die Kultivierungsphase der zugesetzten Standardmikrobiota evaluiert. Um die Weiterentwicklung abschließend bewerten zu können, wurden Versuche mit dem bereits im MimiCol verwendeten Arzneistoff Sulfasalazin durchgeführt. Die dabei generierten Ergebnisse wurden miteinander verglichen, womit die Übertragung der Parameter abschließend als erfolgreich bewertet werden konnte. Im Rahmen dieser Arbeit wurde nun das etabolisierungsverhalten der intestinalen Mikrobiota unter Berücksichtigung verschiedener Faktoren und unterschiedlicher Substanzen untersucht. Zunächst sollte der Einfluss des Ernährungsstils auf die intestinale Mikrobiota, deren Diversität und der damit verbundene Einfluss auf die Metabolisierung untersucht werden. Dazu wurden Fäzes-Proben von gesunden Probanden, die sich omnivor, vegetarisch und fleischreich ernähren, generiert. Aus den Proben wurden Standardmikrobiota in einem statischen Batch-Fermenter kultiviert, so dass anschließend mehrere Versuchsreihen mit den Aliquoten der Mikrobiota durchgeführt werden konnten. Zusätzlich zu den drei Standardmikrobiota wurde eine gepoolte Mikrobiota untersucht, die aus allen drei Standardmikrobiota bestand. Bei der Analyse der CFU-Proben aus der Kultivierung musste jedoch festgestellt werden, dass sich die auf den unterschiedlichen Ernährungsstilen basierenden Unterschiede in der bakteriellen Zusammensetzung deutlich reduzierten. Dies lässt sich mit der Bereitstellung gleicher Nährstoffbedingungen aufgrund der Verwendung eines einheitlichen komplexen Kultivierungsmediums erklären. So konnten auch bei den anschließend durchgeführten Metabolisierungsversuchen von Sulfasalazin im MimiCol³ nur geringe Unterschiede im Metabolisierungsverhalten festgestellt werden. Dennoch konnten die physiologischen Bedingungen des Colon ascendens in Form von pH-Wert und Redoxpotential abgebildet werden. Auch die Darstellung des bakteriellen Wachstums in dem Modell konnte erfolgreich gezeigt werden. In weiteren Versuchen wurde die Metabolisierung von Baicalin durch die intestinale Mikrobiota untersucht, um die Substanz als Colon-Marker zu testen. Um nachweisen zu können, dass die Metabolisierung von Baicalin zu Baicalein durch sezernierte Enzyme der intestinalen Mikrobiota erfolgt, wurde zusätzlich zu den Versuchsreihen mit zugesetzter Mikrobiota eine weitere ohne Mikrobiota durchgeführt. Da in den so erhaltenen Proben kein Baicalein nachgewiesen werden konnte, ist davon auszugehen, dass die Metabolisierung nur in Anwesenheit der intestinalen Mikrobiota erfolgen kann. In den Versuchen mit zugesetzter Mikrobiota konnte sowohl ein Abbau von Baicalin als auch ein Nachweis von Baicalein erfolgen. Die während der Versuche aufgezeichneten Parameter pH-Wert und Redoxpotential sowie die Auswertung der CFU-Proben zeigten, dass das MimiCol³ zielführend eingesetzt werden kann. Abschließend muss jedoch gesagt werden, dass durch die Verwendung gleicher Nährmedien sowohl bei der Kultivierung als auch bei den Metabolisierungs-untersuchungen die Diversität der verschiedenen Standardmikrobiota verloren ging. Somit konnte ein unterschiedliches Metabolisierungsverhalten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Ernährungsstilen im Rahmen dieser Arbeit nur bedingt nachgewiesen werden.