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Chitosan für pulmonale Anwendungen

Chitosan ist ein aussichtsreiches Wirkstofftransportsystem für pulmonale Anwendungen und ist dadurch besonders in der Corona Pandemie für den Wirkstofftransport von besonderem Interesse. Nützlich sind dabei die mukoadhäsiven, permeationssteigernden und orts-/zellspezifischen Eigenschaften des biologisch abbaubaren und biokompatiblen Polymers. Entwickelt wurden bereits Nanocarrier basierend auf verschiedenen Mikroverkapselungs- und Mikro-Nano-Mischsystemen. Der aerodynamischen Charakter ist dabei wichtig um eine effiziente pulmonale Aerosolbildung und Inhalation zu ermöglichen. In diesem Artikel geben wir Ihnen einen Einblick in einen Artikel über Chitosan und seine Entwicklung als Lungenpartikel-Antiinfektiva.

Ein Überblick über Chitosan und seine Entwicklung als Lungenpartikel-Antiinfektiva und Anti-Krebs-Medikamententräger

A review on chitosan and its development as pulmonary particulate anti-infective and anti-cancer drug carriers. Ruhisy Mohd Rasul, M. Tamilarasi Muniandy, Zabliza Zakaria, Kifayatullah Shah, Chin Fei Chee, Ali Dabbagh, Noorsaadah Abd Rahman, and Tin Wui Wong. Carbohydr Polym. 2020 Dec 15; 250: 116800. Published online 2020 Aug 18. doi: 10.1016/j.carbpol.2020.116800

Durch Inhalation ist es möglich Therapeutika auf nicht-invasive, organspezifische Art und Weise direkt in der Lunge zu verabreichen. Durch die Ausstattung des Wirkstofffreisetzungssystems mit speziellen Liganden können bestimmte Zelltypen spezifisch angesprochen werden. Da die Lunge im Gegensatz zum Magen-Darm-Trakt nur begrenzt Enzyme für eine Metabolisierung von Medikamenten besitzt, ist der Einsatz protein- und genbasierter Therapeutika möglich. Eine große Herausforderung bei der pulmonalen Medikamentenverabreichung ist der hohe Verzweigungsgrad der Atemwege mit unterschiedlichen Längen und Durchmessern.

In der Lungenheilkunde sind derzeit folgende Inhalationsgeräte in Verwendung:

  • Druck-Dosier-Inhalatoren
  • Pulverinhalatoren
  • Vernebler

Erforscht wird unter anderem die Behandlung von Tuberkulose mit Chitosan-basierten Wirkstofftransportsystemen. Tuberkulose ist eine chronische, bakterielle Infektion, die durch durch M. tuberculosis verursacht und über die Luft übertragen wird. Die Erkrankung betrifft hauptsächlich die Lunge und die Behandlung ist durch Einschränkungen bei der Medikamentendosierung, Nebenwirkungen und schlechte Penetration der Wirkstoffe an die Infektionsherde erschwert. Verschiedenste Chitosan-basierte Nano- und Mikrofreisetzungssysteme wurden bereits für die pulmonale Verabreichung von Tuberkulose Medikamenten untersucht (siehe Tabelle). Die Herstellung von Nanopartikeln erfolgt durch die Lösungsmittelverdunstung-Emulgiertechnik oder mittels ionischer Gelierung von gegensätzlich geladenen Materialien im flüssigen Zustand, mit anschließender Gefriertrocknung oder Sprühtrocknung. Alternativ werden die Systeme direkt durch Sprühtrocknung unter Variation der Parameter hergestellt. Um die Aggregation der Nanopartikel zu verhindern kommen Füllstoffe/Dispergiermittel wie Laktose, Mannitol oder Maltodextrin zum Einsatz. Es wurde festgestellt, dass bei Vermischung von Chitosan-Nanopartikeln mit Laktose-Mikropartikeln die Größe, Form und spezifische Oberfläche der Nanopartikel einen starken Einfluss auf die Inhalationseffizienz der Nanopartikel haben (Alhajj et al., 2020).

Tabelle: Beispiele für erforschte pulmonale Chitosan-basierte Transportsysteme für die Behandlung von Infektionskrankheiten.

Formulierung und Herstellung Testung Quelle
Chitosan Nanopartikel beladen mit „Prothionamide“ (Tuberkulose Wirkstoff), ionische Vernetzung und Gefriertrocknung, Puderformulierung In vivo: Verlängerung der Wirkstoffverfügbarkeit durch die Nanopartikel Debnath et al., 2018
Isoniazid und Rifampin beladene Genipin-vernetzte Carboxymethyl-Chitosan Nanogele In vivo: Erfolgreicher Transport in die Lunge, in vitro: starke anti-bakterielle Wirkung Wu et al.,
2018
Rifampicin beladene Octanoyl-Chitosan-Nanopartikel, Lösungsmittelverdunstung und Gefriertrocknung, mit 1 %w/v Trehalose Dehydrat als Gefrierschutz In vitro: keine Zelltoxizität festgestellt Petkar et al.,
2018
Isoniazid und Rifampicin beladene Chitosan Nanopartikel, Ionische Gelierung und Sprühtrocknung In vitro: Verabreichung von M. tuberculosis-infizierter Mäuse mit vernebelten Nanopartikeln über 28 Tage,  nach Behandlung keine nachweisbaren mykobakteriellen koloniebildenden Einheit in Lungen- und Milzhomogenaten Garg et al.,
2015

Schlussfolgerung: Chitosan und seine Derivate eignen sich ausgezeichnet als Trägermaterial für die pulmonale Verabreichung von Medikamenten zur Behandlung von Atemwegsinfektionen. In Zukunft wären sie eine geeignete Alternative für Lactose, welches bisher oft als Hauptwirkstoffträger eingesetzt wird. Die Nutzung von Chitosan und Derivaten erfordert eine eingehende Analyse einschließlich der aerodynamischen in vitro-Charakterisierung und in vivo-Untersuchung der Pharmakokinetik und Funktionalität dieser Partikel um die therapeutische Leistung bewerten zu können.

Quellen: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861720309735

Alhajj, N., Zakaria, Z., Naharudin, I., Ahsan, F., Li, W., & Wong, T. W. (2020). Critical physicochemical attributes of chitosan nanoparticles admixed lactose-PEG 3000 microparticles in pulmonary inhalation. Asian Journal of Pharmaceutical Sciences, 15(3), 374–384.

Garg, T., Rath, G., & Goyal, A. K. (2015). Inhalable chitosan nanoparticles as antitubercular drug carriers for an effective treatment of tuberculosis. Artificial Cells, Nanomedicine, and Biotechnology, 44(3), 1–5.

Petkar, K. C., Chavhan, S., Kunda, N., Saleem, I., Somavarapu, S., Taylor, K. M. G., & Sawant, K. K. (2018). Development of novel octanoyl chitosan nanoparticles for improved rifampicin pulmonary delivery: Optimization by factorial design. AAPS PharmSciTech, 19(4), 1758–1772.

Wu, T., Liao, W., Wang, W., Zhou, J., Tan, W., Xiang, W., & Cai, X. (2018). Genipincrosslinked carboxymethyl chitosan nanogel for lung-targeted delivery of isoniazid and rifampin. Carbohydrate Polymers, 197, 403–413.

Debnath, S. K., Saisivam, S., Debanth, M., & Omri, A. (2018). Development and evaluation of chitosan nanoparticles based dry powder inhalation formulations of prothionamide. PloS One, 13(1), Article e0190976.

 

 

Nanopartikel, Corona, Covid, Atemwegsinfektion, Tuberkulose

Kongresse und Messen

Treffen Sie uns 2023 auf folgenden Messen:

  • EASO Winterschool 2023, Wittenberg, Deutschland, 15.02.-18.02.2023
  • EUCHIS 2023, Siglufjörður, Island, 11.-14.09.2023
  • EPNOE 2023, Graz, Österreich, 18.09.-22.09.2023
  • Asia Pacific Chitin and Chitosan Symposium 2023, Juju, Süd-Korea, 31.10.-03.11.2023

Zur Vereinbarung von Terminen, bitte kontaktieren Sie Frau Richter über sales(at)medical-chitosan.com

Kontakt

  • Heppe Medical Chitosan GmbH
    Heinrich-Damerow-Straße 1
    D-06120 Halle (Saale)
  • Tel.: +49 (0) 345 27 996 300
    Fax: +49 (0) 345 27 996 378
  • Diese E-Mail-Adresse ist vor Spambots geschützt! Zur Anzeige muss JavaScript eingeschaltet sein.

News

  • Chitosan in Polymer-basierten Nanopartikeln zum Wirkstofftransport ins Auge

    Augenerkrankungen sind durch natürliche Faktoren wie der Blut-Augen-Barriere, Hornhaut oder dem Tränenfilm schwer zu behandeln. Helfen können dort polymerbasierte Nanopartikel u.a. aus Chitosan um den Wirkstofftransport zu verbessern. In diesem Artikel wollen wir Ihnen ein Review zu diesem Thema zusammenfassen.

  • Presseinformation mRNA-Wirkstoffe: Geschützt zur optimalen Wirkung

    Berlin, Halle, 16.03.2023: Seit Januar dieses Jahres wird im Projekt „Zielwirk“ eine neue Chitosan-Technologie zur effizienten Freisetzung von mRNA-Wirkstoffen entwickelt. Die Technologie soll dafür sorgen, dass Medikamente zur Behandlung schwerer Krankheiten besser vom Körper aufgenommen sowie verarbeitet werden können. Die beteiligten Projektpartner Heppe Medical Chitosan GmbH, FDX Fluid Dynamix GmbH, die Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg sowie das Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik (IPK) werden dabei vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) über drei Jahre mit sechs Millionen Euro gefördert.

  • Katja Richter im wissenschaftlichen Komitee der EUCHIS Konferenz 2023

    Wir freuen uns sehr zu verkünden, dass Katja Richter, CEO der Heppe Medical Chitosan GmbH, in das wissenschaftliche Komitee der EUCHIS 2023 berufen wurde. Die EUCHIS 2023, die internationale Konferenz der Europäischen Chitin-Gesellschaft (EUCHIS 2023) und die 15. Internationale Konferenz über Chitin und Chitosan (15. ICCC) wird vom 11. bis 14. September 2023 in Siglufjörður, Island, stattfinden.

  • HMC bei der ESAO Winterschool 2023 in Lutherstadt Wittenberg

    Vom 15.02. bis 18.02.2023 findet in Lutherstadt Wittenberg die ESAO Winterschool 2023 statt. Organisiert wird die Winterschool vom Fraunhofer Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen (IMWS) sowie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Neben Experten und Expertinnen aus der Wissenschaft, werden wir, die Heppe Medical Chitosan GmbH, ebenfalls vertreten sein.

  • Arginin-Chitosan Nanopartikel für siRNA Transport

    Small interfering RNAs (siRNAs) können als in Gentherapien für z.B. Krebserkrankungen wie Leukämie genutzt werden. Allerdings ist die Anwendung dieser durch einen fehlenden, effizienten Wirkstofftransport limitiert. In der vorgestellten Studie wurde daher Chitosan mit Arginin zu Nanopartikeln funktionalisiert, mit siRNA beladen und deren Eigenschaften als siRNA-Vektor untersucht.

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