Wissenschaft
Technologische
Grundlagen
Die
Haut als Schutzbarriere
Transportmechanismus
Der
Weg der Transfersome durch die Haut
Veröffentlichungen
Technologische Grundlagen
Ein
Transfersom®
ist ein komplexes Aggregat in Form von winzigen,
geschlossenen Tröpfchen (Vesikeln) mit
einer selbstregulierenden und sehr flexiblen Membranhülle. Das gewährleistet
eine
optimale Vesikelverformbarkeit und versetzt
ein Transfersom® in die Lage, auch kleinste Poren zu passieren. Das
trifft selbst dann zu, wenn der Porendurchmesser deutlich kleiner
ist als die durchschnittliche Vesikelgröße.
Auf die Haut aufgetragene Transfersomen® finden dort eine trockene
Umgebung vor. Aufgrund der hohen Anziehungskraft ihrer Oberfläche
für das Wasser werden solche Vesikel durch das Feuchtigkeitsgefälle
in das Innere des Körpers gezogen, um an wasserreiche Stellen zu
gelangen. Die Vesikel durchdringen dadurch die Haut, ohne deren Schutzfunktion
zu beeinträchtigen.
Ein Transfersom® besteht typischerweise aus natürlichen Zwittermolekülen
(Amphiphaten). Das sind Substanzen, die an einem Ende wasserlöslich
und am anderen Ende wasserunlöslich sind. Die Amphiphataggregate
werden folglich in wässrigem Milieu nicht gelöst sondern suspendiert,
d.h. im Schwebezustand gehalten. Dieser Zustand kann durch die Zugabe
von Tensiden unterstützt werden.
In dieser Hinsicht einem Liposom ähnlich, besitzt ein Transfersom®
mindestens eine Lipiddoppelschicht, die einen wässrigen Kern umhüllt.
Im Gegensatz zu einem Liposom enthält ein Transfersom® jedoch
mindestens eine membranaufweichende Komponente, die die Adaptabilität
der Vesikelhülle erhöht. Ein Transfersom® kann daher seine
Form sehr schnell und einfach verändern. Die Grundlage dafür
ist die Fähigkeit der Transfersomen®, die lokale Membranzusammensetzung
äußerem Stress anzupassen (siehe auch die Zusammensetzung wiedergebende,
sich ändernde Farbgebung in der Transfersom®-Animation).
Die beschriebene, außergewöhnlich hohe Anpassungsfähigkeit
von besonderen komplexen Vesikelmembranen bedingt auch den charakteristischen
Fluss einer Transfersom®-Suspension durch eine Transportbarriere.
Ein Beispiel dafür ist der Transport einer Transfersom®-Suspension
durch Filter mit einem Porendurchmesser, der deutlich kleiner ist als
der durchschnittliche Durchmesser eines Vesikels. Herkömmliche Liposomen
verstopfen diesen Filter oder werden
durch
ihn gebrochen. Versucht man jedoch eine Transfersom®-Suspension durch
einen ähnlichen Filter zu pressen, ist das Ergebnis anders. Die Transportrate
bleibt zunächst auch klein, steigt aber mit zunehmender treibender
Kraft - oder mit dem an den Filter gelegten Druck - sigmoidal an, bis
der maximale Suspensionsfluss erreicht ist. Dieser maximierte Fluss ist
fast identisch mit demjenigen, der bei gleicher Kraft mit der einfachen
Flüssigkeit ohne Vesikel gemessen wird. Die Transportrate für
ähnlich große Liposomen bleibt im Gegensatz dazu selbst im
Bereich hoher Treibkräfte stets niedrig. Um solche konventionellen
Vesikel erfolgreich durch einen Filter zu treiben, muss eine viel größere
Kraft angelegt werden; diese muss ausreichen, um alle Liposomen auf die
Porengröße herunterzubrechen.
Die Haut als Transportbarriere
| Die Haut ist eine der besten biologischen Barrieren.
Ihre äußerste Schicht, die Hornschicht (das stratum
corneum), trägt etwa 80 % zur Hautbarrierefunktion bei, obwohl
sie nur 10 % der Hautdicke ausmacht. Diese Schutzschicht besteht aus
abgeflachten Korneozyten, die am Rand überlappen und säulenartig
angeordnet sind (siehe die Abbildung rechts). Die Zellzwischenräume
werden durch multi-lamellare (multiple) Lipidschichten versiegelt.
Diese Lipidschichten sind sehr dicht gepackt und durch chemische Bindungen
mit den benachbarten Zellmembranen verbunden. Im Allgemeinen steigt
sowohl die Zahl als auch die Ordnung der interzellulären Lipidschichten
fast bis zur Hautoberfläche an. Dies wird begleitet durch eine
kontinuierliche, aber nicht lineare Abnahme der lokalen Wasserkonzentration
in der Nähe der Hautoberfläche. |
|
![[stratum corneum image]](../../img/science/stratumcorneum.jpg)
Das stratum corneum ist aus Stapeln flacher, seitlich
überlappender Zellen aufgebaut, deren Zwischenräume mit
Lipiden versiegelt sind. Diese Hautregion stellt somit das Haupthindernis
für den Transport durch die Haut dar. Gleichzeitig ist es aber
auch die vorderste Verteidigungsfront des Körpers gegen pathogene
Keime und Gifte aus der Umgebung.
|
| Die Hauptbarriere der Haut befindet sich im inneren
Teil der Hornschicht. In diesem Bereich ist die hautversiegelnde
Lipidschicht bereits vollständig ausgebildet, aber durch die
Ablösung der Zellen, die in den äußersten Hautschichten
stattfindet, noch nicht beeinträchtigt. |
Kleine Moleküle, die die Hornschicht passieren, werden durch die
Blutzirkulation, die in der Nähe der Hautoberfläche sehr ausgeprägt
ist, entfernt. Dieser Abtransport ist im Vergleich zur Diffusionsgeschwindigkeit
von kleinen Molekülen durch die Hornschicht sehr schnell. Es ist
daher außerordentlich schwierig, wenn nicht unmöglich, kleine
Wirkstoffe in den tiefen Hautschichten oder darunter anzureichern. Das
gilt vor allem dann, wenn der Wirkstofftransport ausschließlich
auf der Bewegung der Einzelmoleküle (Diffusion) beruht, was bei allen
konventionellen transdermalen Applikationssystemen der Fall ist.
Transfersom®-vermittelte Verabreichung niedrigmolekularer Stoffe
durch die Haut verschiebt typischerweise die Wirkstoffverteilung mehr
in die Tiefe des lokalen Gewebes. Ein wichtiger Grund dafür ist die
erhebliche Vesikelgrösse. Diese sorgt dafür, dass die Transfersom®-Vesikel
nur langsam aus der Haut ausgewaschen werden. Das erlaubt eine Arzneimittelanreicherung
in der Nähe der Auftragstelle.
Transportmechanismus
Bei der Haut (cutis) handelt es sich, bildlich gesprochen, um
eine nanoporöse Barriere. Die transkutanen Poren sind allerdings
so eng, dass sie nur Teilchen durchlassen, die kleiner als ein Millionstel
Millimeter sind; so zum Beispiel - und vor allem - die Wassermoleküle.
Aus den verfügbaren Daten geht hervor, dass der Weg eines Transfersom® Vesikels
durch die Haut von der Anpassungsfähigkeit der Vesikelmembran und
von der Hydrophilie der Membranoberfläche abhängt. Ebenso wichtig
ist die Fähigkeit des Vesikels, seine Integrität auch bei drastischen
Formveränderungen zu erhalten. Das heute anerkannte Modell des transdermalen
Transports mittels Transfersom®-Technologie wird im folgenden Text
näher erläutert.
![[Schematische Darstellung eines ultradeformierbaren, gemischten Lipidvesikels, das eine Pore passiert...]](../../img/science/penetration-seq.gif)
Schematische Darstellung
eines ultradeformierbaren, gemischten Lipidvesikels, das eine Pore passiert.
Die Passage wird durch die partielle, lokale Entmischung der Moleküle
innerhalb der Lipiddoppelschicht ermöglicht, die durch die Vesikelformveränderung
induziert ist (siehe die Verteilung der blauen und roten Moleküle
in der Doppelschicht des simulierten Vesikels). Weitere Variablen sind
der Vesikeldurchmesser und die Anpassung der Porenweite an die Grösse
des verformten Vesikels.
Wird eine wässrige Suspension von Transfersom®-Vesikeln auf
die Hautoberfläche aufgetragen, so beginnt das Wasser zu verdunsten.
Die Vesikel werden somit der Austrocknung ausgesetzt. Die hohe Wasseraffinität
der wichtigsten Bestandteile eines Transfersom®-Teilchens sorgt dafür,
dass die Vesikel in die Bereiche mit relativ hoher Feuchtigkeit in den
schmalen Spalten zwischen den benachbarten Korneozyten gezogen werden.
Diese Anziehung - in Verbindung mit der extremen Verformbarkeit des Vesikels
- ermöglicht es dem Transfersom®, die hydrophilen Poren zwischen
den Zellen temporär zu öffnen und für den Transport zu
erschließen. Die zunächst sehr engen Passagen, durch die normalerweise
nur die einzelnen Wassermoleküle entweichen können, werden somit
durch das Transfersom® zu mehr als hundertfach breiteren interzellulären
Passagen erweitert.
Die neuen Transportpfade zwischen den Zellen nehmen am besten solche
Vesikel auf, die ihre Form unversehrt an die Form der erweiterten interzellulären
Räume anpassen können; Die dargestellte Animation illustriert
diesen Prozess. Aggregate oder Teilchen, die weniger verformbar sind als
ein Transfersom®, sind nicht in der Lage, die besagten Pfade zu durchqueren.
Durch die erweiterten Passagen in der Hornschicht der Haut erreicht ein
Transfersom® schließlich Regionen mit hoher Wasseraktivität
in tiefen Hautschichten. Dort verteilen sich die Vesikel zwischen den
Zellen. Da ein Transfersom® zu groß ist, um lokal in Blutgefäße
einzudringen, kann es das Kapillarsystem der Haut ungehindert umgehen
und erreicht dadurch das subkutane Gewebe. Den Blutkreislauf erreicht
ein Transfersom®-Vesikel nur über das fenestrierte System der
kutanen Lymphkapillaren, die ausreichend weite Öffnungen (Fenestrationen)
haben.
Die hohe Anzahl hydrophiler, also wasserliebender, Moleküle bzw.
Gruppen, die in einem einzigen Transfersom® vereinigt sind, macht
ein solches Aggregat sehr empfindlich für den transdermalen Wassergradienten.
Dieser erzeugt die treibende Kraft für den transdermalen Transport.
Das versetzt ein ultradeformierbares Transfersom® in die Lage, sich
effizient und spontan durch die Haut zu bewegen. Die ungewöhnlich
hohe Effektivität des durch Transfersom® Vesikel vermittelten
Transports durch die Haut wird dadurch verständlich. Das gilt auch
für den Vergleich mit den Liposomen (steife Vesikel) und zu Mischmizellen
(kleine, steife Aggregate aus den Bestandteilen des Transfersom®).
Liposomen sind zu wenig verformbar, um die Passagen durch die Haut zu
öffnen oder in solche Transporträume hinein zu passen. Den Mischmizellen
fehlt indes die notwendige Stärke, um die potenziellen transkutanen
Passagen zu öffnen und zu passieren. Die sehr unterschiedlichen Hautpenetrationsprofile,
die für unterschiedliche Aggregattypen beobachtet wurden, belegen
die Annahme.
Der Weg der Transfersomen® durch die Haut
| ![[Bild]](../../img/science/honey.jpg)
Hydrophile interzelluläre Passagen zwischen den Korneozyten
im stratum corneum werden von Transfersom®-Vesikeln, die in
das Organ drängen, geöffnet. Dies ist im Hautfluoreszenzbild
zu erkennen, das die Verteilung von Fluoreszenz markierten, ultradeformierbaren
Vesikeln bei der Hautpassage zeigt und mit der konfokalen Laserscanmikroskopie
sichtbar gemacht wurde.
|
Die Hautperforierung mit elektrischen oder mechanischen
Mitteln erzeugt relativ wenige - aber weite - hydrophile Poren durch
das Organ. Die weniger aggressive Iontophorese erzeugt engere elektrische
Brüche durch die Haut (mit Durchmesser kleiner als 20 nm),
die insgesamt etwa 0,005 % der gesamten Hautoberfläche ausmachen.
Im Gegensatz dazu erzeugen Transfersomen® zahlreichere und gleichmäßiger
verteilte Passagen durch die Haut. Die Übersichtsaufnahme der
Haut (Abbildung links) zeigt das deutlich. Die resultierenden transdermalen
Pfade erschließen etwa 80 % der Hautoberfläche für
den trägerbasierten Transport; glücklicherweise sind die
entstandenen Passagen zu eng, um einen gleichzeitigen Transport
von Pathogenen, wie Viren oder Bakterien, zu erlauben.
Aufgrund der hohen Zahl von Passagen durch die Haut, die Transfersom®-Vesikel
eröffnen, ist der Transport über Haarfollikel oder Drüsen
vergleichsweise unbedeutsam. |
Veröffentlichungen
2005
S. I. Simões,
J. M. Tapadas, C.M. Marques, M. E. M. Cruz, M. B. F. Martins, G, Cevc.
(2005) Permeabilisation and solubilisation of soybean phosphatidylcholine
bilayer vesicles, as membrane models, by polysorbate, Tween 80. Eur.
J. Pharm. Sci. 26, 307-317.
2004
- Simões S. I.,
Marques C. M., Cruz M. E. M., Cevc G., Martins M. B. F. (2004) Cholate
effect on solubilisation and permeability of simple and protein loaded
phosphatidylcholine / sodium cholate mixed aggregates designed to mediate
macromolecules transdermal delivery. Eur. J. Pharmac. Biopharmaceutics,
58: 509-519.
- G.
Cevc (2004) Lipid vesicles and other colloids
as drug carriers on the skin. Advanced Drug Delivery Reviews, 56, 675–
711
- G.Cevc,
G.Blume (2004) Hydrocortisone and dexamethasone in ultra-deformable
drug carriers, Transfersomes®, have an increased biological potency
and reduced therapeutic dosages. Biochim. Biophys. Acta 1663, 61-73
2003
- G.
Cevc, A.Schätzlein, H. Richardsen, U. Vierl (2003) Overcoming
semi-permeable barriers, such as the skin, with ultradeformable mixed
lipid vesicles, Transfersomes®, liposomes or mixed lipid micelles.
Langmuir, 19, 10753-10763.
- H.
Fesq, J. Lehmann, A. Kontny, I. Erdmann, K . Theiling, M. Rother, J.
Ring, G. Cevc and D. Abeck; (2003) Improved risk-benefit ratio for
topical triamcinolone acetonide in Transfersome in comparison with equipotent
cream and oinment: a randomized controlled trial. Therapeutics; British
Journal of Dermatology; 149; 611 - 619.
- G.
Cevc, G. Blume (2003) Biological Activity and Characteristics of
Triamcinolone-Acetonide formulated with the self-regulating Drug Carriers,
Transfersomes® . Biochim. Biophys. Acta 1614:156-164.
- G.
Cevc, D. Gebauer (2003) Hydration driven transport of deformable
lipid vesicles through fine pores and the skin barrier. Biophys. J.
84: 1010-1024.
- G.
Cevc (2003) Transdermal drug delivery of insulin with ultradeformable
carriers, Transfersomes®. Clinical Pharmacokinetics 42: 461-474.
2002
- G. Cevc (2002) Transfersomes®
- Innovative Transdermal Drug Carriers. In: Modified Release Drug Delivery
Technology. (M. Rathbone, M. Robert, J. Hadgraft, eds.) M. Dekker, New
York, pp 533-546.
- G. Cevc, A. Schätzlein,
H. Richardsen (2002) Ultradeformable Lipid Vesicles Can Penetrate
the Skin and other Semi-Permeable Barriers Intact. Evidence from Double
Label CLSM Experiments and Direct Size Measurements. Biochim. Biophys.
Acta 1564:21-30
- J. Lehmann, K. Theiling, M.
Klede, A. Ikoma, M. Schmelz, M. Rother, P. von Wussow (2002) Expression
of surrogate markers after transdermal delivery of interferon-alpha
in Transfersomes®. Int. J. Immunother.18:21-26
2001
- G. Cevc, G. Blume.
(2001) New, highly efficient formulation of diclofenac for the topical,
transdermal administration in ultradeformable drug carriers, Transfersomes.
Biochim. Biophys. Acta 1514:191-205.
- J. Lehmann, S. Nissen-Meyer,
S. Paul, M. Klede, A. Ikoma, M. Schmelz, M. Rother, G. Cevc (2001)
Dermal tolerance and safety of an IFN alpha Transfersome® formulation.
In: Skin and Environment - Perception and Protection. Proceedings of
10th EADV Congress, Munich. (J. Ring, S. Weidinger, U. Darsow, eds.)
Monduzzi Editore, Bologna, 2001, pp:1031-1035.
1999
- G. Cevc. (1999)
Overcoming the Skin Barrier with Artificial Smart Carriers of Drugs.
In: Intelligent Materials for Controlled Release Technologies. (S.M.
Dinh and J. DeNuzzio, A. R. Comfort, eds.) ACS Books, Washington, DC,
pp 70-86.
1998
- A. Paul, G. Cevc,
B. K. Bachhawat. (1998) Transdermal Immunization With Large Membrane
Bound Molecules, Gap Junction Proteins, by Means of Ultradeformable
Drug Carriers. Vaccine, 16, 188-195.
- G. Cevc, D. Gebauer,
A. Schätzlein, G. Blume. (1998) Ultraflexible Vesicles, Transfersomes,
Transfersomes, Have an Extremely Low Permeation Resistance and Transport
Therapeutic Amounts of Insulin Across the Intact Mammalian Skin. Biochim.
Biophys. Acta 1368, 201-215.
- A. Schätzlein,
G. Cevc. (1998) Non-uniform cellular packing of the stratum corneum
and permeability barrier function of intact skin: a high-resolution
confocal laser scanning microscopy study using highly deformable vesicles
(Transfersomes). Br. J. Dermatol. 138, 583-592.
- S. I. Simoes,
H. C. Richardsen, M. B. Martins, M. E. Cruz, G. Cevc. (1998) Superoxide
dismutase delivery through the narrow pores in skin models by flexible
lipid aggregates. In: Proceedings of Control Release Society Satellite
Meeting in Lissabon, 1998.
1997
- G. Cevc. (1997)
Drug Delivery Across the Skin. Exp. Opin. Invest. Drugs, 6, 1887-1937.
1996
- G. Cevc, G. Blume,
A. Schätzlein, D. Gebauer, A. Paul. (1996) The skin: a pathway
for the systemic treatment with patches and lipid-based agent carriers.
Adv. Drug Del. Rev. 18, 349-378.
- G. Cevc. (1996)
Lipid Suspensions on the Skin. Permeation Enhancement, Vesicle Penetration
and Transdermal Drug Delivery. Crit. Rev. Therap. Drug Carrier Systems.
13, 257-388.
- G. Cevc, G. Blume,
A. Schätzlein. (1996) Transfersomes Mediated Transepidermal
Delivery Improves the Regio-Specificity and Biological Activity of Corticosteroids
in vivo. J. Contr. Rel. 45, 21, 1-226.
1995
- G. Cevc. (1995)
Material Transport Across Permeability Barriers by Means of Lipid Vesicles.
In: Handbook of Biological Physics. (Series ed. A. V. Hoff, Volume eds.
R. Lipowsky, E. Sackmann), Vol. I, North-Holland, Chapter 9, pp 465-490.
- A. Paul, G. Cevc.
(1995) Non-Invasive Administration of Protein Antigens. Epicutaneous
Immunization with the Bovine Serum Albumin. Vaccine Res. 4, 145-164.
- G. Cevc, A. Schätzlein,
G. Blume. (1995) Transdermal drug carriers: basic properties, optimization
and transfer-efficiency in the case of epicutaneously applied peptides.
J. Contr. Rel. 36, 3-16.
- G. Gompper, D.M.
Kroll. (1995) Driven transport of fluid vesicles through narrow
pores. Phys. Rev. E 52, 4198-4208.
- A. Paul, G. Cevc,
B. K. Bachhawat. (1995) Transdermal Immunization With Large Proteins
by Means of Ultradeformable Drug Carriers. Eur. J. Immunol. 25, 35221-3524.
- A. Schätzlein,
G. Cevc. (1995) Skin penetration by phospholipid vesicles, transfersomes,
as visualized by means of the confocal laser scanning microscopy. In:
Phospholipids: Characterization, Metabolism and Novel Biological Applications
(G. Cevc, F. Paltauf, eds.) AOCS Press, Champain, IL, pp 191-209.
1993
- G. Cevc. (1993)
Dermal Insulin. In: Frontiers in Insulin Pharmacology (M. Berger, and
F. A. Gries, eds.), G. Thieme Verlag, Stuttgart, pp 161-169.
- G. Cevc, A. Schätzlein,
D. Gebauer, G. Blume. (1993) Ultra-high efficiency of drug and peptide
transfer through the intact skin by means of novel drug-carriers, Transfersomes.
In: Prediction of Percutaneous Penetration. (Bain, K. R., Hadgkraft,
J., W. J. James, K. A. Water, eds.), STS Publishing, Cardiff, Volume
3b, pp 226-234.
1992
- G. Cevc, G. Blume.
(1992) Lipid vesicles penetrate into intact skin owing to the transdermal
osmotic gradients and hydration force. Biochim. Biophys. Acta 1104,
226-232.
- P. Gonzalez,
M. E. Planas, L. Rodriguez, S. Sanchez, G. Cevc. (1992) Noninvasive,
percutaneous induction of topical analgesia by a new type of drug carriers
and prolongation of the local pain-insensitivity by analgesic liposomes.
Anesth. Analg. 95, 615-621.
- G. Cevc. (1992)
Rationale for the Production and Dermal Application of Lipid Vesicles.
In: Liposome Dermatic. (O. Braun-Falco, H.C. Korting, H.I. Maibach,
eds.) Springer, Berlin, pp 82-90.
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