Entwicklung einer nanopartikulären Formulierung zur Vakzinierung über den Respirationstrakt

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die Entwicklung und Charakterisierung einer antigenhaltigen nano-in-mikropartikularen Formulierung (NiM) zur pulmonalen therapeutischen Vakzinierung. Dabei stellt die Lunge mit ihrer guten Durchblutung und vielen immunkompetente Zellen einen optimalen Applikationsort dar. Partikel zwischen 100 -500 nm konnen hier phagozytiert und prozessiert werden. Diese konnen zunachst als wassrige Nanosuspension formuliert und anschliesend durch Spruhtrocknung in einen Grosenbereich zwischen 0,5- 5 µm uberfuhrt werden, um eine optimale Inhalation bis in das alveolare System zu ermoglichen. Als Ausgangsstoffe der Formulierung werden Chitosan und Carboxymethylcellulose verwendet, die beide mukoadhasive Eigenschaften besitzen. Chitosan weist zudem eine adjuvante Wirkweise auf. Zur Nanopartikelherstellung werden die Polymere in zwei separaten wassrigen Phasen gelost, die zur Beladung ein Antigen enthalten konnen. Anschliesend werden sie unter Ruhren zusammengeben und binden durch eine Ladungs¬aus¬gleichs¬reaktion an-einander. Die Partikelgrose der so gebildeten Nanosuspension liegt unabhangig von der Beladung bei 200 – 300 nm. Sie kann durch die Konzentrationen und das Reaktionsverhaltnis der Polymere gesteuert werden. Je nach Grose des Antigens variiert die Beladungsrate zwischen 5-27%. Um eine enge Verteilung der Partikelgrose zu erreichen, werden Chitosane mit geringer Viskositat (<15 mPas) verwendet. Die anschliesende Spruhtrocknung bestimmt die Grose und Gestalt der trockenen Formulierung. Die Atomisierungsenergie, die Feststoff¬konzentration in der Suspension und der Dusendurchmesser sind die wesentlichen Determinanten dieses zweiten Verfahrensschrittes. Durch den Zusatz einer loslichen Mannitolmatrix und das Absenken der Trocknungstemperatur auf unter 40°C werden irreversiblen Verklebungen der Partikel im Trocknungsprozess vorgebeugt. So konnen Partikel mit einer durchschnittlichen Grose von 1,3 bis 4,5 µm erzeugen werden. Diese sind durchgangig als Hohlkugeln mit einer geringen Dichte zu beschreiben und weisen daher trotz unterschiedlicher Grose ahnliche aerodynamische Eigenschaften auf. Alle getesteten Formulierungen konnen unter Verwendung eines Trockenpulverinhalators gut im Luftstrom dispergiert werden und bis tief in die Lunge gelangen. Nach der Trocknung wird durch Redispergieren in unterschiedlichen Medien sichergestellt, dass die Nanoformulierung rekonstituierbar ist. Die finale Formulierung zeigt bei Experimenten mit verschiedenen murinen und humanen Zelltypen keine Anzeichen toxischer Effekte. In-vitro kommt es zur erwunschten Aktivierung dendritischer Zellen in beiden Systemen. In in-vivo Experimenten mit C57BL6 und OTI Mausen bildet sich eine zellulare Immunantwort aus. Diese kann durch den Einsatz von ausgewahlten Adjuvanzien in Richtung einer humoralen Antwort verschoben werden, sodass neben der therapeutischen Vakzinierung auch der Einsatz als praventive Impfung denkbar ist. Durch das Inkorporieren des Tumorantigens Her2/neu konnte die Wirksamkeit der Formulierung auch im humanen System in-vitro bestatigt werden. Weitere Untersuchungen mussen zeigen, dass die Ergebnisse sich ebenfalls in-vivo erzeugen lassen und somit neue Moglichkeiten zur Vakzinierung eroffnen.