S. C. Wratschko, T. Müller-BohnOral anwendbare Pept

Polymere mit nützlichen Eigenschaften

Die Idee ging von Untersuchungen an multifunktionalen Polymeren aus. Solche Polymere haben vor allem drei Funktionen (Abb. 1):

• Sie hemmen gastrointestinale peptidspaltende Enzyme, da sie deren Calcium- und Zinkionen komplexieren. Durch die Komplexierung verliert das Enzym lokal seine Wirksamkeit. Das Peptid bleibt also in der Umgebung des Polymers vor enzymatischem Abbau geschützt.
• Sie verlängern die Kontaktdauer des Peptides an einer Schleimhaut, z.B. der Darmschleimhaut, was als Mukoadhäsion bezeichnet wird. Sie bilden Wasserstoffbrückenbindungen und verknäueln sich mit den Glykoproteinen der Schleimhaut.
• Sie verbessern die parazelluläre Absorption der Peptide, da sie die tight junctions (feste Verbindungen) zwischen den Zellen öffnen. Der zugrunde liegende Mechanismus ist noch nicht vollständig geklärt; vorstellbar ist, dass eine extrazelluläre Calciumkomplexierung die tight junctions öffnet. Mukoadhäsion und Öffnung der tight junctions erhöhen die Absorption des Peptides durch die Schleimhaut. Zusammen mit der Enzymhemmung ergibt sich daraus eine Erhöhung der oralen Verfügbarkeit [24].

Die Auswahl eines geeigneten Polymers

Die beschriebenen Eigenschaften stellten Junginger und Mitarbeiter insbesondere an dem Polymer Polycarbophil fest [11, 14, 15, 20, 21, 28, 29, 35, 36]. Chemisch betrachtet ist dies eine Polyacrylsäure, quervernetzt mit Divinylglykol (Abb. 2). Seine Wirkungen treten nur in einem sehr eng begrenzten Raum auf, sodass das physiologisch wichtige Enzymsystem im gesamten Gastrointestinaltrakt intakt bleibt.

Die Zubereitung aus Peptid und Polymer muss so beschaffen sein, dass das Peptid möglichst gleichmäßig in dem Polymer verteilt ist und von diesem eng umschlossen wird. Verminderung des enzymatischen Abbaus und Mukoadhäsion dürften die Bioverfügbarkeit eines so verabreichten Peptides entscheidend bestimmen. Erste Ergebnisse an Zellmodellen sowie In-situ-Untersuchungen sprechen dafür [21, 22, 24]. Doch stehen Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit der bisher hergestellten Zubereitungen noch aus.

Wichtig ist die physiologische Verträglichkeit des Polymers. Aussicht auf eine behördliche Zulassung haben nur solche Substanzen, die bereits in Arznei- oder Lebensmitteln eingesetzt werden. Einige Polymere, wie z.B. das Chitosan, erscheinen für die Erhöhung der oralen Verfügbarkeit von Peptiden vielversprechend, jedoch sind sie für den Einsatz in Arzneimitteln zurzeit noch nicht zugelassen.

Polycarbophil wird bereits zur Herstellung mukoadhäsiver Tabletten und Gele benutzt und ist bei der FDA als Hilfsstoff für topische und orale Arzneiformen registriert.

Die Aufgabe der Technologen

Die pharmazeutische Technologie ist gefragt, geeignete Arzneiformen für die orale Applikation zu entwickeln. Für die oben beschriebene Mischung von Peptid und Polymer sind feste Dispersionen erforderlich. Sie müssen selbstverständlich die grundlegenden technologischen Anforderungen an Arzneimittel erfüllen. Hierzu gehört insbesondere die Stabilität: Die Zubereitung muss lagerfähig sein und dabei sowohl ihre technologischen als auch ihre chemischen Eigenschaften möglichst unverändert behalten.

Das Fernziel

Die Überlegungen zielen auf einen generellen Mechanismus, mit dem Peptide und möglicherweise sogar große Proteine oral verabreicht werden können. So wäre die orale Applikation von Insulin besonders spektakulär, weil sie eine enorme Bedeutung für eine sehr große Patientengruppe hätte. Das Problem liegt jedoch darin: Je größer die Molekülmasse des Peptides ist, desto geringer wird die Chance, bei oraler Applikation eine zufriedenstellende Bioverfügbarkeit zu erreichen.

Desmopressin als Modellpeptid

Um das Konzept an einem Modell zu erproben, erschien ein Wirkstoff mit möglichst kleiner Molekülmasse geeignet. So wurde das zyklische Nonapeptid Desmopressin, das als Arzneistoff gegen Diabetes insipidus gut untersucht ist, gewählt.

Desmopressin ist als Injektionslösung, als Nasenspray und seit 1996 in Form von Tabletten zur oralen Anwendung im Handel. Jedoch werden bei nasaler Applikation nur etwa 6 bis 12% und aus Tabletten nur etwa l% des Wirkstoffes resorbiert (Produktinformation Fa. Ferring, Kiel) [33]. Daher erscheint eine nähere Betrachtung dieses Wirkstoffes interessant.

Herstellung fester Dispersionen

Die peptidhaltigen festen Dispersionen sollten mit einem möglichst einfachen und peptidschonenden Verfahren hergestellt werden. Aus dem Arbeitskreis von J. B. Mielck, Hamburg, wurde eine geeignete Herstellungsmethode entwickelt.

Nach Wratschko [34] wird das Peptid und das Polymer für eine kurze Zeit (10 min) bei Raumtemperatur mit Hilfe eines Ultra Turrax in einer gepufferten Lösung dispergiert und anschließend leicht geschüttelt, sodass das Polymer gleichmäßig quillt. Abschließend wird die Dispersion gefriergetrocknet, um ein festes System zu erzeugen (Abb. 3). Die Weiterverarbeitung der festen Dispersionen zu oral applizierbaren Tabletten erwies sich danach als unproblematisch [34].

Untersuchungen zur Stabilität

Weitere biopharmazeutische Untersuchungen, z.B. zur Bioverfügbarkeit, sind nur dann sinnvoll, wenn das Peptid in Kombination mit dem multifunktionalen Polymer eine ausreichende Stabilität aufweist. Daher wurden mit dem Modellpeptid Desmopressin in fester Dispersion mit dem multifunktionalen Polymer Polycarbophil erste umfangreiche Stabilitätsuntersuchungen durchgeführt [34].

Dabei wurde der Einfluss verschiedener Faktoren, insbesondere Temperatur, relative Luftfeuchte, pH-Wert und Gegenwart von Polymer, auf die physikalische und chemische Stabilität des Systems und des Peptides geprüft. Der Peptidgehalt in den festen Dispersionen wurde mittels Hochdruckflüssigkeitschromatographie (HPLC) über sechs Monate verfolgt.

Bedingungen für stabile Zubereitungen

Demnach lassen sich feste Dispersionen aus Desmopressin und Polycarbophil herstellen, die unter praktisch erreichbaren Bedingungen hinreichend stabil bleiben.

Stabilitätsuntersuchungen zeigten, dass die relative Luftfeuchte die Stabilität des Desmopressins in fester Dispersion besonders stark beeinflusst [34]. Die Lagerung bei einer relativen Luftfeuchte von über 30% sollte daher vermieden werden. Sehr trockenes Klima (11% rel. Feuchte) gewährleistet auch bei hohen Temperaturen von ca. 50 Grad Celsius eine zufriedenstellende physikalische und chemische Stabilität.

Während der Herstellung sollte der pH-Wert des Dispersionsmediums und damit die Gegenwart von sauren oder basischen Puffersalzen in der festen Dispersion berücksichtigt werden. Ein Stabilitätsoptimum der festen Dispersion liegt bei pH 6,8, d.h. nahe dem isoelektrischen Punkt des Desmopressins. Die bei diesem pH-Wert hergestellten und gelagerten festen Dispersionen zeichnen sich durch eine vergleichsweise hohe Temperaturstabilität aus. Die Gegenwart des Polycarbophils zeigte in der Untersuchung keinen drastischen Einfluss auf die Stabilität des Desmopressins in festen Dispersionen. Mittels thermogravimetrischer und differenzkalorimetrischer Verfahren konnte eine physikalische Veränderung der festen Dispersion und ihrer Bestandteile über die Zeit nicht nachgewiesen werden.

Zersetzung unter extremen Lagerbedingungen

Bei der Lagerung der festen Dispersionen unter extremen Bedingungen konnten verschiedene Zersetzungsprodukte gefunden werden [34]. Mit Hilfe einer für Peptide relativ neuen Analysentechnologie, bei der der HPLC ein Massenspektrometer nachgeschlossen wird (HPLC-MS-Kopplung), wurden verschiedene Abbauprodukte von Desmopressin identifiziert.

Diese entstehen insbesondere durch Hydrolyse vor endständigen Säureamidgruppen, nämlich am Glycinamid der Aminosäurenseitenkette sowie am Asparagin und Glycin des Rings. Ansonsten bleibt der über eine Disulfidbrücke geschlossene Ring des Peptides intakt (Abb. 4).

Ausblick

Auch für Untersuchungen zur Bioverfügbarkeit von Peptiden aus festen Dispersionen mit Polycarbophil stehen geeignete Methoden zur Verfügung. Bei positiven biopharmazeutischen Ergebnissen würde man die Versuche mit festen Dispersionen vermutlich auf andere Peptide oder auch auf andere Polymerkomponenten ausweiten. Bei den vielfältigen denkbaren Innovationen sind auch ökonomische Effekte zu bedenken. Denn Tabletten sind erheblich kostengünstiger herzustellen und anzuwenden als Injektionen, die als sterile Zubereitungen besonderen Aufwand erfordern.

Vorläufig bleibt die Idee von der oralen Applikation großer Peptide, wie beispielsweise Insulin, in festen Dispersionen noch eine Vision, die man aber trotz aller Probleme nicht aus dem Blickfeld verlieren sollte.

Tabellen und Abbildungen s. Printausgabe der DAZ.

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