Entwicklung von delivery Systemen zur kontinuiertlichen Abgabe therapeutischer Proteine im Organismus

Abstract

Der erfolgreiche Einsatz biologisch aktiver Peptide und Proteine in der Medizin hängt maßgeblich von der Entwicklung geeigneter drug delivery Systeme ab. Die zentrale Aufgabe dieser delivery Systeme ist es, die Schwierigkeiten zu überwinden, die mit der Verabreichung von Peptiden und Proteinen verbunden sind. Hierzu zählen z.B. die üblicherweise kurzen in vivo Halbwertszeiten dieser Makromoleküle sowie deren begrenzte chemische und physikalische Stabilität. Das delivery System, das im Rahmen der vorliegenden Arbeit entwickelt wurde, kombiniert zwei bereits bekannte Systeme miteinander, indem Liposomen, die mit dem entsprechenden Peptid- bzw. Proteinwirkstoff gefüllt sind, ihrerseits in das Biopolymer Fibrin eingeschlossen werden. Die Liposomen ermöglichen den Makromolekülen in der von ihnen bevorzugten wässrigen Umgebung zu verbleiben und schützen sie darüber hinaus vor destabilisierenden äußeren Einflüssen. Durch den weiteren Einschluß der Liposomen in Fibrin wird eine vollständige Immobilisierung des liposomal verkapelten Wirkstoffs erreicht. In in vitro Experimenten konnte gezeigt werden, daß die Freisetzung des Modellproteins Meerrettich-Peroxidase (POD) aus solchen fibrinverkapselten Liposomen ausschließlich über den Abbau des Fibrins gesteuert wird. Ein vergleichbarer Freisetzungsmechanismus konnte in in vivo Experimenten, bei denen Mäusen Fibrinclots mit Erythropoetin (EPO)-gefüllten Liposomen subcutan bzw. intraperitoneal transplantiert wurden, jedoch nicht beobachtet werden. In diesem Fall scheinen neben dem Fibrinabbau auch andere Faktoren, wie z.B. die mechanische Beanspruchung der Fibrinclots oder die in vivo Stabilität der Liposomen das Freisetzungsvehalten des neuen drug delivery Systems zu bestimmen.

The efficacy of biologically active peptides and proteins in medical therapy depends on the development of suitable drug delivery systems. These delivery systems need to overcome the severe problems connected with the use of peptides and proteins such as their usually short half lives in body fluids as well as their limited chemical and physical stability. The delivery system investigated in this thesis combines two widespread devices by encapsulating liposomes containing the peptide or protein drug inside the biopolymer fibrin. The liposomes enable the macromolecules to remain in their preferred aqueous environment and protect them from external destabilizing effects. By further encapsulation of the liposomes inside fibrin the liposomal drug becomes completely immobilized within the device. In in vitro experiments it could be shown that the release of the model protein horseradish peroxidase (POD) from fibrin encapsulated liposomes is exclusively controlled by the degradation of the fibrin. However, in vivo no comparable release mechanism could be observed by implanting liposomal erythropoetin (EPO) containing fibrin clots sucutaneously or intraperitoneally into mice. In this case not only the fibrin degradation but also other factors like the mechanical stain of the fibrin clots or the in vivo stability of the liposomes seem to influence the release behavior of the new drug delivery system.